基于单片机和FPGA设计的程控滤波器

　　3.4四阶椭圆低通模块

　　系统要求制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1 dB，-3 dB通带为50 kHz，采用无源LC椭圆低通滤波器来实现。用Filter Sol ution模拟仿真滤波器，随后在Multisim中再模拟仿真并调整电容、电感的参数使其为标称值。此外，在椭圆滤波器前后接射级跟随器避免前后级影岣。具体电路如图5所示。

　　图5 椭圆代通滤波

　　4系统软件设计

　　系统软件设计由单片机和FPGA组成，用户可以通过界面的显示选择高通、低通和椭圆滤波器，可以设置截止频率，同时可以显示幅频曲线。其中单片机主要完成用户的输入输出处理和系统控制，FPGA主要完成的功能有：控制AD9851产生扫频信号、控制滤波器截止频率的时钟信号的产生以及控制两块D/A以显示幅频特性曲线。程序流程图如图6所示。

　　图6 程序流程图

　　5测试方案与测试结果

　　5.1放大器测试

　　放大器输入端的正弦信号频率为10 kHz，振幅为10 mV，设定增益大小分别为10、20、30、40、50、60dB，用示波器测量实际输出幅值，计算出实际增益，其误差小于1%。此外，测得放大器通频带为1～200kHz.

　　5.2低通、高通滤波器测试

　　将放大器增益设置为40dB，滤波器设置为低通滤波器，预置滤波器截止频率在1～30 kHz范围，步进为1kHz.用示波器测量实际截止频率，计算相对误差小于1.5%，且2fc处的电压总增益小于20dB.高通滤波器测试方法同理。

　　5.3椭圆滤波器测试

　　放大器增益设置为40 dB，用示波器测量实际-3 dB截止频率和200 kHz处的总电压增益。测得fc=50.0kHz，在150 kHz处幅度就已几乎衰减到0.

　　5.4幅频特性与相频特性测试

　　测量低通、高通滤波器的频率特性，在示波器上显示其幅频特性曲线，与所设置的滤波模式及截止频率相符。

　　6结束语

　　本系统放大器增益范围10～60 dB，通频带1～200 kHz，增益误差小于1%。滤波器截止频率范围1～30kHz，误差小于1.5%。椭圆滤波器截止频率误差为0，在150 kHz处幅度几乎衰减到0.误差主要来源于时钟频率，当截止频率为20 kHz的时候，所需最高的时钟频率为2MHz，不能保证很好的时钟沿，而且时钟频率也不可能精确地控制，以及放大器的非线性误差。此外，利用DAC0800和有效值检波电路实现了幅频特性测试仪，系统整体性能良好。整个系统在单片机和FPGA的有机结合、协同控制下，工作稳定，测量精度高，人机交互灵活。