宽频二阶程控低通滤波器的设计

摘  要： 设计了一种宽频二阶程控低通滤波器。二阶低通滤波电路由模拟乘法器、电流反馈运算放大器、可编程电阻网络及电容构成，充分利用了模拟乘法器和电流反馈运算放大器的优点，并通过主控电路调节数模转换电路的输出电压和低通滤波电路可编程电阻网络的值，实现截止频率程控。该滤波器具有截止频率高、信号处理范围宽、速度高等特点。
关键词：宽频；程控滤波器；乘法器；电流反馈放大器
       滤波器在数据采集、信号处理和通信系统等领域有着广泛的应用。在信号频率动态范围较窄的场合，设计固定截止频率的滤波器，人们已积累了丰富的资料。但在许多应用场合，信号频率变化范围较大，要求设计具有不同截止频率的滤波器，用以实现程控滤波功能。
     目前设计程控滤波器主要有以下三种方法。第一种方法是以电阻、电容和普通运算放大器构成有源RC滤波器，并且通过模拟开关或数字电位器改变电阻网络的值来实现程控功能[1]。其缺点是工作频率较低，且截止频率不能连续调节。第二种方法是采用现有的集成滤波器芯片[2-3]，例如MAXIM公司的26X、27X、29X系列开关电容滤波器芯片，这类芯片的特点是滤波功能全，且稳定性较好，截止（或中心）频率可程控(一般在200 kHz以内)，但电路噪声较大，往往还需要增加平滑滤波。最后一种方法是，利用ADC对信号进行采样，经DSP芯片数字滤波后再由DAC输出[4]，使用这种方法滤波器截止频率主要受ADC/DAC速度限制。用上面三种方法设计的程控滤波器，都有一个共同的缺点，即滤波器的截止频率不高，一般在几百赫兹到几百千赫兹之间。
     本文设计的由模拟乘法器、电流反馈运算放大器、可编程电阻网络及其电容构成的二阶低通滤波电路，具有截止频率高的特点，通过主控电路调节数模转换电路的输出电压和低通滤波电路可编程电阻网络的值，实现截止频率的连续调节，在频率特性、动态范围等方面较之由普通运算放大器组成的电路具有更优良的特性，有效地解决了普通有源RC滤波器截止频率低、高频性能不良的问题，适用于信号频率范围宽、速度高以及需要智能处理的场合。
1 硬件电路设计
1.1 系统结构框图
     宽频程控二阶滤波器系统结构框图如图1所示，它由主控电路、二阶低通滤波电路、数模转换电路、键盘显示电路四部分组成。主控电路采用性价比较好的89S52单片机作为主控芯片；二阶低通滤波电路是由模拟乘法器、电流反馈运算放大器、可编程电阻网络及其电容构成，其中模拟乘法器的一个输入端与数模转换电路输出端连接，和主控电路一起构成压控低通滤波单元；键盘显示电路用来设置滤波器的截止频率并送显示。