基于单片机和FPGA设计的程控滤波器

　　3主要功能电路设计

　　3.1放大模块

　　放大模块的具体电路如图2所示。第一部分是一个分压网络，其中前4个电阻将输入信号衰减100倍，并与信号源内阻共同构成51Ω阻抗，后面的51Ω为匹配电阻。第二部分采用OPA690将小信号放大2倍，同时起到阻抗变换和隔离的作用。由于AD603输入阻抗为100Ω，所以在后面串接一个100Ω的电阻进行匹配。第三部分即为AD603可变增益放大，它的增益随着控制电压的增大以dB为单位线性增长。1脚的参考电压通过单片机进行运算并控制DAC芯片输出电压来得到，从而实现精确的数控。增益G(dB)=40VG+G0，其中VG为差分输入电压，范围-500～500mV;G0是增益起点，接不同反馈网络时也不同。在5、7脚间接一个5kΩ的电位器，从而改变。

　　图2 放大模块

　　3.2高通滤波模块

　　LTC1068是低噪声高精度通用滤波器，当其用于高通滤波时，截止频率范围1 Hz～50 kHz，并且直至截止频率的200倍都无混叠现象。由于LTC1068的4个通道都是低噪声、高精度、高性能的2阶滤波器，因此每个通道只要外接若干电阻就可以实现低通、高通、带通和带阻滤波器的功能。具体电路如图3所示。其中B端口Q值0.57，A端口Q值约为1.在电路的调试中发现，A口的Q值需比B口Q值大，否则信号在截止频率处幅值会有上翘。

　　图3 LTC1068高通滤波

　　LTC1068的时钟频率与通带之比为200：1，由于LTC1068内部对时钟信号CLK二倍频，所以当截止频率最小为1 kHz时，内部时钟频率其实为400kHz，故在LTC1068后面再加一个截止频率为450kHz的低通滤波器以滤除分频带来的噪声及高次谐波。

　　3.3低通滤波模块

　　用MAX297实现低通滤波器。开关电容滤波器MAX297可以设置为8阶低通椭圆滤波器，阻带衰减为-80dB，时钟频率与通带频率之比为50：1.通过改变CLK的频率，即可满足滤波器-3 dB截止频率在1～20kHz范围内可调，步进1 kHz的要求。

　　在使用MAX297时要注意的是，当信号频率和采样辨率同频，开关电容组在电容上各次采到相同的幅度为信号幅值的信号，相当于输入信号为直流的情况，使滤波器输出一个直流电平。同理，当信号频率为采样频率的整数倍时，也会出现相同的现象。为此，在其前面，要增加模拟低通滤波器，把采样频率及其以上的高频信号有效地排除。故又用一级MAX297，截止频率设置为50kHz.其中时钟频率设置为2.5 MHz.在其后面，也要增加低通滤波器，其截止频率为150 kHz，以滤去信号的高频分量，使波形更加平滑。具体电路如图4所示。

　　图4 MAX297低通滤波