程控滤波器
摘要
本设计以STM32F103RB为控制核心，实现了基于开关电容滤波器的程控滤波器，滤波器可实现低通和高通的滤波功能，截止频率在1~40KHz内连续可调，前级放大采用增益可控放大器实现了增益从-20~60dB连续可调，系统采用有源RC网络实现了四阶椭圆低通滤波器。 关键词： 程控 放大 滤波
一、方案比较与论证
1．题目要求
根据题目要求设计并自作一个增益和截止频率可调的程控滤波器，本作品可分为一下几个模块：程控放大器模块，程控滤波器模块，人机交互模块以及四阶椭圆滤波器。
2．方案比较
（1）放大器模块
方案一：用继电器在几个不同增益运放间切换
分别设计增益为10dB、20dB、40dB的固定增益放大器，通过继电器的切换使得三个放大器不同组合从而实现0dB、10dB、20dB、30dB、40dB、50dB、60dB
的增益，但是该电路硬件结构复杂且大量使用继电器使得功耗较大。 方案二：使用D/A衰减器实现
先将信号放大1000倍，然后将其输入到D/A的参考电压端，通过调节数字量实现不同的衰减倍数，从而实现增益的可调。但是他的dB增益与数字量不成线性关系而是指数关系，会造成调节误差‘
方案三：可控增益运算放大器
使用可控增益运算放大器如AD603, 它是由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。输入的信号经过R-2R衰减网络衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。其增益的控制可以通过调整控制电压来完成。而控制电
压可以由D/A来产生，从而可以实现增益的数字控制。并且其增益和控制电压成dB线性关系。通过两块AD603的级连可以实现增益在-22~62dB间线性可调。
综上所述，方案三电路简单，带宽符合要求，增益线性可调，所以前级放大采用方案三。
（2）低通滤波器模块
方案一：用运放构成有源滤波器
使用运放构成有源滤波器可使制作成本降低但是要达到题目要求的滤波器截止频率可变，则需要多片运放组成多个滤波器，多级电路连接，调试起来较为困难。
方案二：利用LTC1068构成低通滤波器
该电路结构简单，截止频率可调。但成本较高，且经测试LTC1068若少于6阶则无法达到题目参数要求。
方案三：利用MAX297构成低通滤波器
MAX297为8阶椭圆型（Elliptic）滤波器，它的滚降速度快，从通频带到阻带的过渡带可以作得很窄。椭圆型滤波器的拐角频率（有时也等同为截止频率）由时钟频率确定，通过调整时钟，截止频率的调整范围为：0.1Hz～25kHz。时钟既可以是外接的时钟，也可以是自己的内部时钟。使用内部时钟时只需外接一个定时用的电容既可，它的供电可用单+5V电源供电也可用±5V双电源供电。但是它的带负载能力不强，需要接后级跟随。
综上所述，选择成本居中，滤波效果最好的方案三。
（3）高通滤波器模块
方案一： 采用MAX262双二阶通用开关电容有源滤波器芯片，此芯片可由微处理器精确控制滤波函数。可构成各种带通、低通、高通、陷波和全通配置，且不需外部元件。操作方便，但是该芯片一片最多只能构成4阶滤波器，无法満住题目在0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB
方案二：采用LTC1068构成6阶高通滤波器，LTC1068是Linera公司生产的开关电容滤波器芯片吗，包含有4个同样的2阶滤波器，最多可构成8阶滤波器，足够满足题目要求。
综上所述，采用方案二。
（4）椭圆滤波器模块
方案一：采用无源器件构成椭圆滤波器。
采用无源器件构成椭圆滤波器。可通过查表并计算出元件参数，实现起来较为容易。但是无源器件组成的滤波器电路调试困难，不易达到指标。
方案二：采用LTC1068构成椭圆滤波器.
电路构成简单，调试方便。但该芯片用在固定频率电路中成本高。且需要额外的时钟电路。
方案三：采用有源四阶椭圆低通滤波器
采用有源四阶椭圆低通滤波器通过可借助计算机软件容易的算出滤波器中各元件参数，且电路复杂程度一般，容易达到指标。
综上所述，采用方案三 。
（5）人机交互模块
