单片机的可控放大器程控滤波器设计

　　1 概述

　　滤波器是通信系统、信号处理和数据传送等领域中至关重要的环节，尤其在数据采集处理系统中，其性能好坏直接影响到整个系统的性能。其中，增益和截止频率是衡量有源滤波器的重要指标。为了实现增益和截止频率可调，传统的设计方法是采用调节反馈电阻和滤波电容，但要使增益和截止频率步进可调，则必须采用新的方法。

　　本文设计的程控滤波器系统性能良好，采用可控放大器PGA203级联的方式实现60 dB的增益调制，增益6 dB步进可调(输入信号电压振幅为10mV)。对开关电容滤波器LMF100按不同方式级联，实现低通、高通的滤波处理，其-3 dB截止频率在1～25 kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz;设计的简易幅频特性测试仪能自动测量放大器通频带、截止频率和显示测试数据。

　　2 系统总体设计

　　采用双机通信的方式。主机主要用来读键盘、A/D转换结果，控制液晶屏和从机。从机接到主机的命令后，控制DDS芯片AD9850产生扫频信号和时钟信号，并控制增益大小。系统结构框图如图1所示。

　　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。

　　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。