51單片機(jī)+FPGA+有源濾波器MAX262 程控放大器設(shè)計(jì)

放大電路可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行不同倍數(shù)的放大，使信號(hào)以適當(dāng)?shù)姆低ㄟ^(guò)濾波電路。放大電路的組成框圖如 圖1 所示。通過(guò)電壓跟隨部分提高電路的輸入電阻，控制部分通過(guò)對(duì)反饋部分的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路放大倍數(shù)的控制。

通路選擇采用繼電器控制電路的導(dǎo)通，從而選取不同的放大倍數(shù)。

放大部分輸入端電阻R選則100Ω，則反饋電阻Rf的選擇根據(jù)

從而可以選取0db—60db放大倍數(shù)下的反饋電阻。為了使信號(hào)頻率為40khz時(shí)，增益能夠達(dá)到60db，，集成運(yùn)放的帶寬增益積必須大于40M。

我們選擇集成運(yùn)放ths4052（帶寬                                                                       增益積典型值為70MHZ）以滿(mǎn)足帶寬增益積的要求。

實(shí)際電路模塊見(jiàn)附錄二。

                            濾波電路采用MAX262 是CMOS 雙二階通用開(kāi)關(guān)電容有源濾波器由微處理器精確控制濾波函數(shù)可構(gòu)成各種帶通、低通、高通、陷波和全通配置且不需外部器件。

由于內(nèi)部參數(shù)的選擇，采用由FPGA分頻產(chǎn)生四時(shí)鐘輸入，單片機(jī)電路負(fù)責(zé)向MAX262輸入控制信號(hào)和數(shù)據(jù)。

實(shí)際電路模塊見(jiàn)附錄二。

我們采用橢圓形歸一化LPF的設(shè)計(jì)方法，電路圖5所示。我們選擇帶內(nèi)起伏量為1.0db阻帶頻率為通帶頻率的4.0倍。帶內(nèi)起伏量為1db時(shí)，阻帶內(nèi)有一個(gè)限波點(diǎn)的橢圓型歸一化LPF的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如 表1（見(jiàn)附錄） 所示。

待設(shè)濾波器截止頻率與基準(zhǔn)濾波器截止頻                                                                                                                             率的比值M為：

M = 50k / （ 1 / 2π ） = 314159

對(duì)基準(zhǔn)濾波器的所有元件值除以M，得到截止頻率已變換成待設(shè)計(jì)濾波器的截止頻率160khz時(shí)的元件參數(shù)。

C1（new）= C1（old）/ M =6.31355μF

C2（new）= C2（old）/ M =156.258nF

L3（new）= L3（old）/ M =3.06374μH

待設(shè)濾波器的特征阻抗與基準(zhǔn)頻率器特征阻抗的比值K為：

              K = 51Ω / 1Ω =51

將所有的電感元件值乘以 K ，將所有的電容值除以 K 。這樣，便得到了待設(shè)計(jì)的特征阻抗為51Ω，且截止頻率為50K的四階橢圓濾波器。

C1（new）= C1（old）/ K =123.79 nF

C2（new）= C2（old）/ K =3.0639nF

   L3（new）= L3（old）× K =156.25μH

實(shí)際電路模塊見(jiàn)附錄二。

              幅頻檢測(cè)電路基本原理是通過(guò)掃描不同頻率，通過(guò)目標(biāo)電路，然后檢測(cè)幅值，顯示輸出幅值的過(guò)程。

              掃描頻率電路使用FPGA產(chǎn)生的DDS電路，基本輸出為10HZ到200KHZ，利用單片機(jī)控制DDS的控制字產(chǎn)生步進(jìn)為10KHZ的掃描頻率。

              幅值檢測(cè)電路利用專(zhuān)用芯片LTC1966，LTC1966可以檢測(cè)交流信號(hào)的真有效值具有高精確度，總誤差小于0.25%

幅度檢測(cè)電路見(jiàn)附錄二。

1．單片機(jī)流程圖：具體程序見(jiàn)附錄；

2．FPGA設(shè)計(jì)框圖 ：具體程序見(jiàn)框圖；

1．測(cè)試使用儀器：pc機(jī)，數(shù)字示波器TDS1002，F(xiàn)10A型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，直流穩(wěn)壓源LPS-305，DF2172A交流毫伏表。

（1）程控放大器測(cè)試：

測(cè)試方案：輸入電壓振幅為10mv，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，分別測(cè)量輸出電壓。

經(jīng)測(cè)得，在50db以下時(shí)，通帶包含100 Hz—40khz，60db通帶在100-37.5khz。增益10dB步進(jìn)可調(diào)，放大器輸出電壓無(wú)明顯失真。
(2)程控濾波器設(shè)計(jì)
測(cè)試方法：跟據(jù)截至頻率的定義，我們?nèi)⊥◣щ娖较陆档?3db的頻率點(diǎn)，并分別測(cè)出信號(hào)頻率為高通截止頻率一半，低通截止頻率二倍，放大電路增益為40dB時(shí)，總體電路的增益，電路數(shù)據(jù)使用交流毫伏表測(cè)量。

（3）用交流毫伏表測(cè)量四階低通橢圓濾波器的通頻帶。
在輸入端接入函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，保持輸入信號(hào)的有效值為0.5v，改變信號(hào)的頻率，測(cè)量輸出信號(hào)的有效值。
表四  橢圓濾波測(cè)量數(shù)據(jù) Vi = 0.5v

橢圓濾波器的截止頻率為51KHz，帶內(nèi)起伏≤1dB。
              前級(jí)放大電路的輸出端接入橢圓濾波器，放大電路的輸入端接信號(hào)發(fā)生器，放大電路的增益設(shè)為40dB，信號(hào)頻率設(shè)為200KHz，分別用交流毫伏表測(cè)量輸入輸出電壓的有效值，測(cè)得輸入電壓為0.695v，輸出電壓為0.795v�？傠妷涸鲆嫘∮�5dB。
（4）簡(jiǎn)易幅頻特性?xún)x
              測(cè)試方案：將簡(jiǎn)易幅頻特性?xún)x通過(guò)一目標(biāo)電路，將輸出接示波器；
   本設(shè)計(jì)任務(wù)中，我們完成了簡(jiǎn)易幅頻特性?xún)x的設(shè)計(jì)，性能達(dá)到了目標(biāo)要求；

我們很好完成了可控放大電路，可控濾波電路等基本要求，可控放大電路能在0db 到60 db可調(diào)，精度達(dá)到了我們的要求，可控濾波電路能選擇高低通設(shè)置，并且在1khz到10khz可調(diào)，精度達(dá)到1%，此外，我們很好的發(fā)揮了四階橢圓濾波器的設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)易幅頻特性?xún)x，并和好達(dá)到設(shè)計(jì)要求。