程控滤波器的程控滤波器概述
测量系统从传感器拾取的信号中，往往包含有噪声和许多与被测量无关的信号，并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其他的处理过程，也会混入各种不同形式的噪声，从而影响测量精度。这些噪声一般随机性强，很难从时域中直接分离，但限于其产生的机理，其噪声功率是有限的，并按一定的规律分布于频域某一特定的频带中。信号分离电路一般采用滤波器实现噪声的抑制，提取所需的测量信号。但是系统中采用的滤波器的形式和截止频率往往是固定的，很难做到可调，这就给系统的设计带来一定的不便。然而，开关电容滤波器的使用可以很好地解决这一问题，但是开关电容滤波器的价格较高，会提高系统的设计成本。
程控滤波器
程控滤波器的发展趋势
一、总体方案设计
1.1程控放大器方案
题目要求放大器输入信号振幅10mV，即峰峰值为20mV，电压增益为60dB，增益步进为10dB，电压增益误差小于5%，通频带为100hz-40khz。
方案一：使用低噪声运放OP37按要求做6路不同幅度的放大，然后再用继电器或模拟开关做通道切换。该方案硬件实现简单，增益控制准确。但是控制相对复杂且涉及的元器件较多，不利于系统的快速实现。
方案二：使用可变增益放大器AD603的压控增益接法。AD603是一种低噪声，宽带（最大90M增益带宽积）可变增益运放。根据文档中给出的增益公式 ，直接就可得到增益的连续控制，且结果为对数值。可以方便的实现0db到60dB的增益范围。
综合以上分析，我们认为方案二的可操作性最佳，而且方案二经过运放调整后可轻松的实现题目峰峰值要求，故选方案二。
1.2程控滤波器方案
题目要求滤波器可设置为低通和高通滤波器，-3dB的截至频率为1K～20KHz，频率步进为1KHz，并且2 处系统的总增益不大于30dB。我们考虑的方案有以下几种：
方案一：使用现成的滤波器芯片，如Maxim公司的开关电容滤波器芯片MAX262，可以实现低通、高通、和带通滤波器，中心频率范围可以从DC到140KHz，能很好的实现题目的要求。
方案二：采用状态可调滤波器，用3个运放和电阻电容来组成，电路比较简单，而且可以实现LPF、BPF、HPF三种输出。可以使用先确定决定Q值的电阻和决定中心频率的电容，通过不同的电阻来切换中心频率，以达到截至频率为1K～20KHz，频率步进为1KHz。
方案三：采用状态可调滤波器来实现，利用DA的内部R－2R电阻网络，通过数字量的控制实现电阻的变化，来改变滤波器的中心频率，以实现题目的要求。
比较后觉得方案一比较好，但由于没有买到开关电容滤波器的芯片，所以放弃该方案，而采用方案三，通过数字量控制DAC0832内部电阻网络来实现中心频率的改变，方案可操作性较强，且易于达到要求。
1.3 四阶椭圆滤波器
四阶椭圆滤波器的方案为：
方案一：利用状态可调变量滤波器的LP、BP、HP输出，将三个按一定的比例叠加起来就可以得到一个二阶椭圆低通滤波器，再把两个二阶节串联起来就可以实现4阶椭圆低通滤波器.
方案二：利用运放借助现有的Filter解决软件，直接借助软件给出的电路，做适当的调整就可以实现4阶低通椭圆滤波器。
比较两个方案，方案一可以很好的实现题目要求，但调试起来比较麻烦，技术要求较高，方案二电路形式简单易行，可快速制作，故采用方案二。
1.4幅频特性测试仪
题目要求我们制作幅频特性测试仪，扫频范围为100Hz～200KHz，频率步进为10KHz，扫频方案我们采用DDS芯片，可以很好的实现线性扫频。关于检波方案主要有两种：
方案一：先检波后放大的方案，检波放大的方案一般采用峰值检测的方法，检波输出后使用步进分压器，再使用直流放大器放大信号进行测量。但需注意检波二极管的参数会影响最小信号的分辨能力。
方案二：先放大后检波的方案。放大检波的方案一般采用均值检测的方法，输入信号先进入步进分压器，经放大后送入均值检波器。但需注意放大器的带宽会影响测量的信号的频率范围。
我们要测试的频率范围100Hz～200KHz，对放大器增益带宽积的要求不是很高，故我们采用放大检波的方案。
二、系统的设计：
整个系统分为两个部分，程控滤波器模块和幅频特性曲线测试模块，系统模块的框图如下所示：（图省）
2.1 程控放大器的实现
根据题目要求，输入峰峰值为20mV时，程控放大器的动态范围要做到60dB，要求输出峰峰值从2mV到20V。本设计采用AD603的连续模式（最佳信噪比）实现。该方案是把两个AD603的增益曲线组合从而实现动态范围的扩大。如下图所示，组合后的增益范围约是-20dB到60dB，可以满足题目动态范围的要求。
由于AD603的供电电压较低，输出电压幅度范围的要求则可以使用较高电压供电的运放，在AD603的放大基础上调整实现。
2.4幅频特性曲线测试仪的实现
幅频特性曲线的测试时的扫频采用MSP430F1611单片机控制DDS来实现，检波使用AD637做有效值检波 ，采用ADS8505作为单片机外设对AD637的输出采样,单片机的最小系统使用了红外遥控器键盘和320x640大液晶显示。
三、系统软件流程图：
3.1程控滤波器的流程图为：（图省）
3.2 幅频测试仪的流程图：（图省）
四、系统测试
4.1 测试仪器：
4.2主要的测试的结果：
4.3放大器测试数据
测试60dB增益误差平均值为1.85％，电压增益误差平均值为3.37％。
4.4滤波器参数测试数据
截止频率平均误差为0.027％。
4.5椭圆滤波器参数测试
-3dB通带误差为（50－49.6）/50＝0.8％，由于噪声很大甚至会有70多mV的直流输出，基本上可以认为200K处的增益在现有条件下是测不准的。本设计的到的参数是在示波器隔直条件下测得。
4.6误差分析
通过对仿真得到的电路进行参数校正，本系统得到了很好的指标参数。但是仍然存在着对理论分析的较大误差，基本有如下分析：
1. 校准时使用F40信号发生器产生20mV信号，信号的信噪比很差，噪声功率的干扰会造成误差的引入，同理幅频特性测试仪的信号源也是一样。
2. 校准时使用的晶体管毫伏表本身是机械表，会造成相对较大的误差，同时读数时人眼也引入的较大的误差。
3. 本题目中模拟电路相对较多，进行调试时会综合各方面对电路进行补偿，针对题目要求进行平衡，也会造成一部分的误差。
4. 电源的使用往往是电路噪声引入的关键，尤其是小信号的测量中。
电路校正：通过误差分析，本设计作了一些操作来减小误差。
1. 使用自制AD9954的PCB板，提高输出信号的信噪比。
2. 使用仪器时多次测量取平均值减小模拟表和人眼读数的误差。
3. 对关键的模拟电路制作PCB，并且特殊处理信号的接地，以减小模拟电路的调试难度。
4. 采用隔离很好的R型变压器制作电源供电系统，从源头上减小噪声的引入。
五、设计总结
经过几天的努力，我们终于全部实现了题目给出的全部要求，同时由于时间很紧张，系统还不是很完善，比如说幅频特性测试仪的图形的显示不是很人性化，虽然懂得椭圆滤波器是几种滤波器的叠加结果但是没有充足的时间推演和制作，但是深化理解电子设计知识和团队合作是比赛最大的收获。
是否可以解决您的问题？
滤波器的主要功能和作用
滤波器的主要功能和作用如下： 一、滤波器的功能 回路功能：使某一频段的信号顺利通过，过滤掉其他频段的信号，因此实际上是一种选频回路。滤波器是微弱信号测量中非常重要的回路，模拟滤波器在各种信号处理中几乎是必不可少的。下面的信号是经过低通过滤波器的。 二、滤波器的作用 1、分离有用信号和噪声，提高信号的抗干扰性和噪声比。 2、过滤不感兴趣的频率成分，提高分析精度。 3、从复杂的频率成分中分离出单一的频率成分。 主要用于过滤干扰信号。滤波器通常用于在微弱信号放大的同时增加滤波功能和取样信号之前。 滤波器简介 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。换句话说，凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。 滤波器，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。 该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。因为自变量时间是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。 滤波是信号处理中的一个重要概念，在直流稳压电源中滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。
滤波器的作用是什么
滤波器的作用主要用于滤除干扰信号。 工程上根据输出端口对信号频率范围的要求，设计专门的网络，置于输入—输出端口之间，使输出端口所需要的频率分量能够顺利通过，而抑制或削弱不需要的频率分量，这种具有选频功能的中间网络，工程上称为滤波器。滤波器的作用： 1、将有用的信号与噪声分离，提高信号的抗干扰性及信噪比。 2、滤掉不感兴趣的频率成分，提高分析精度。 3、从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。 滤波器的分类： 滤滤波器按滤波特性可分为低通、高通、带通和带阻四类： 低通滤波器，指低频信号能通过而高频信号不能通过的滤波器； 高通滤波器，指高频信号能通过而低频信号不能通过的滤波器； 带通滤波器，指在某一个频率范围内的信号能通过，而在此之外的信号均不能通过的滤波器； 带阻滤波器，指在某一个频率范围内的信号不能通过，而在此之外的信号均能通过的滤波器。
推荐阅读
- ○ w3school,w3school和w3cschool两个网站有什么关系和区别
- ○ w3c,W3C是干什么的？
- ○ w3,营养学中的常用英文缩写及其含义，跪求各位大哥大姐！谢谢好
- ○ insert into,VB insert into 的用法
- ○ html css,CSS是什么?和HTML有什么区别?
- ○ jquery ajax,PCD刀具的焊接方法常用的有哪几个
- ○ 万维网联盟,万维网是什么意思
- ○ php手册,PHP+MySQL完全学习手册的图书目录
- ○ background-color,background和background-Color的区别介绍
- ○ css手册,什么是CSS样式表？
最新文章
- ○ w3school,w3school和w3cschool两个网站有什么关系和区别
- ○ w3c,W3C是干什么的？
- ○ w3,营养学中的常用英文缩写及其含义，跪求各位大哥大姐！谢谢好
- ○ insert into,VB insert into 的用法
- ○ html css,CSS是什么?和HTML有什么区别?
- ○ jquery ajax,PCD刀具的焊接方法常用的有哪几个
- ○ 万维网联盟,万维网是什么意思
- ○ php手册,PHP+MySQL完全学习手册的图书目录
- ○ background-color,background和background-Color的区别介绍
- ○ css手册,什么是CSS样式表？