3 系统硬件设计
3.1 增益放大器
如图2所示,采用4片数字控制的可编程增益放大器PGA203和TL082相结合来进行增益放大,其中TL082起微调作用。为了达到最好的效果,将滤波器放在3片PGA203和1片PGA203中间,图2中略。PGA203的数控增益范围是1、2、4、8(二进制),对引脚1(A0)、引脚2(A1)输入不同的逻辑电平决定PGA203的放大倍数。
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一片PGA203增益与逻辑电平的关系如表1所列。经过4片PGA203级联后,该增益放大器能达到60 dB的增益调制,步进为6dB。
3.2 滤波模块
程控滤波器主要用到LMF100。LMF100是美国国家半导体公司生产的,由两个相互独立的通用高性能开关电容滤波器组成的集成电路。它可以外接时钟和2~4个电阻,组成各种各样的带通、低通、高通、带阻和全通滤波器。LMF100有12种工作方式,其中的方式3可以实现高通、低通、带通输出。为简化电路,本文的低通和高通滤波都选择工作在方式3,用一片LMF100内的两个二阶滤波电路级联构成四阶低通滤波器,另一片LMF100构成四阶高通滤波器,由此设计的低通滤波器电路如图3所示,高通滤波器只要将连接端从连接1脚(LPA)改为连接3脚(HPA)即可。
各参数的设置如下(将LMF100的12脚接高电平):
其中,fc为截止频率,fclk为时钟频率。令R4=R2=20 kΩ,则有:
本系统要求低通和高通-3 dB的截止频率fc为1~25 kHz,由上式可算得fclk的取值范围为50kHz~1.25MHz。
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5 系统性能测试
5.1 放大器测试
函数信号发生器产生幅度为10 mV的正弦信号送入放大模块,在模块的输出端口采用模拟示波器测量输出电压,并且进行增益为6 dB的步进调节。所得测试数据如表2所列。
5.2 滤波器测试
滤波模块分低通和高通两个部分的测试。用数字信号发生器DG101产生正弦信号输入,用数字示波器观察滤波器的截止频率,并对其进行1 kHz的步进测试。测试数据分别如表3和表4所列。
结语
本文介绍了一种以单片机为控制核心的程控滤波器。系统能够达到60dB的增益调制,6dB步进可调,且最大误差控制在3.75%以内;采用DDS技术,低通和高通滤波的截止频率在1~25 kHz范围内可调,步进1 kHz可调,且误差都控制在3%以内。幅频特性测试仪能较好地实现测量和显示功能。系统工作稳定可靠,性能优良,人机交互界面友好,且操作方便。
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