基于正交矢量放大的MRS信号采集模块设计---- 采集模块硬件设计(二)

4.4低通滤波器电路

4.4.1 LPF电路设计

要求锁定放大器改善信噪比的作用主要由低通滤波器来实现。低通滤波器的通带宽度越窄，抑制噪声的能力越强。即使LPF的截止频率很低，其频率特性仍然能够保持相当稳定，这是利用LPF实现窄带化的优点。为了适应不同的被测信号频率特性的需要，LPF的截止频率常做成可调的。

传统的滤波器一般采用分立器件来实现，电阻、电容的选取和匹配以及优化灵敏度等问题非常复杂，而且器件参数容易随时间和温度的变化而产生漂移。MAX260系列可编程开关电容滤波器，在一个芯片上集成了运算放大器、电阻和电容，设计时已经优化了灵敏度而且匹配好了元件，因而极大的简化了滤波器的设计，把需要的控制参数加载到芯片以后，几乎不需要外接元件，就可以方便的实现各种滤波器功能.

4.4.2 LPF电路芯片选择

综合考虑，选择MAX260实现低通滤波器。

MAX260系列芯片主要由放大器、积分器、电容切换网络（SCN）和工作模式选择器组成，积分器、电容切换网络和工作模式选择器分别由编程数据M0，M1、F0～F5和Q0～Q6控制。每个芯片内部都含有两个独立的可编程二阶开关电容滤波器，它们可以单独使用，也可以级联成一个四阶的滤波器，滤波器A和B可以采用内部时钟，也可以采用外部时钟，每个滤波器的独立时钟输人端可以连接晶振、RC网络或外部时钟产生器，芯片对外部时钟的占空比没有要求。可编程的参数有中心频率、品质因数和工作模式，输人时钟频率与6位编程代码F0～F5一起决定滤波器的中心频率或截止频率，其中，时钟频率和中心频率之比可实现64级程控调节，品质因数可实现128级程控调节，中心频率和品质因数以及工作模式都可独立编程，互不影响，片内开关和电容提供反馈以控制每个滤波器的中心频率和品质因数，内部电容的开关速率是影响这些参数精度的主要因素。MAX260可以实现中心频率或截止频率在0.01Hz～7.5kHz范围内可调，能够达到设计的要求。

对MAX260具体的编程方法，是先产生编程系数。首先确定滤波器使用的时钟频率和工作模式，然后计算时钟频率和中心频率之比，根据MAX260的数据手册确定工作模式、时钟频率和中心频率之比以及品质因数的二进制编程代码。

再通过单片机对滤波器进行编程代码加载，如表4.1所示。需编程的参数有工作模式、时钟频率和中心频率之比、品质因数，编程控制和编程数据由单片机产生，D1、D0是编程数据，A3～A0为编程数据的存放地址，存储器共有16个存储单元，前8个单元存储滤波器A的工作参数，后8个单元存储滤波器B的工作参数，WR为数据写入控制端，低电平有效。通过单片机把编程控制参数加载到滤波器后，滤波器就可以按要求进行工作了。

锁定放大器的同相通道和正交通道都用到低通滤波器，需要用2片MAX260来实现。MAX260的时钟频率由CPLD产生。依次将16个控制字写入即可实现对每片MAX260截止频率和Q值的编程控制。

4.4.3 MAX260电路实现

MAX260的具体电路图如图4.17所示。C66等四个电容起滤波作用。由上位机控制CPLD产生时钟频率输入CLKA、CLKB脚，单片机与D0～D1、A0～A3脚相连写控制字，对f₀和Q编程控制。

单片机把控制字加载到MAX260上，使其实现截止频率为50Hz的低通滤波器，用网络分析仪对低通滤波器的传输特性进行测试，测试结果如图4.18所示。

由测试结果可以看出，低通滤波器对大于50Hz的信号有很强的衰减，达到了设计要求。