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开关电容滤波器前置、后置滤波器的设计

作者:时间:2012-02-21来源:网络收藏

2 随动跟踪前、后滤波
2.1 随动方式
在实际数据采集系统中,可用的可程控性能,在很宽的频率范围内,随时指定的时钟频率fclk,进而改变的转角频率fc。这时,滤波器的前、滤波器的频率也应随之改变,即实现随动跟踪前、滤波。
实现随动跟踪滤波时,为简化硬件,可在满足最低衰减量的前提下,使开关电容滤波器的转角频率变化若干档后,前、滤波器的转角频率才变化一档,即将前、后置滤波器的若干档转角频率合为一档。具体的判别方法如下:
根据式(7)可知,对于开关电容滤波器指定的转角频率fc,其滤波器的转角频率fpre可以在一定的频率范围内取值,记其最小值为min(fpre),最大值为max(fpre)。对于fcifij,如果min(fprej)max(fprei),那么就可以将fprei和fprej合为一档,取新档的转角频率fpre如图4(a)所示:
min(fprej)≤fpre≤max(fprei) (14)
后置滤波器的情形与之类似,如果min(fprej)max(fprei),则可将fprei和fprej合为一档,取新档的转角频率fpost如图4(b)所示:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/177875.htm

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2.2 实例
在一数据采集系统中,选用MAX295开关电容滤波器作A/D转换器的抗混迭滤波器。
MAX295是一种时钟可编程的八阶巴特沃思低通滤波器,转角频率可在0.1 Hz~50 kHz的范围内任意设置,其时钟频率fclk与转角频率fc之比N=50。根据系统要求,抗混迭滤波器的转角频率应在10 Hz~50 kHz的范围内,按1-2-5的分度,分为12档。
此数据采集系统A/D转换器的分辨率为12位,根据表1可以确定,滤波器的衰减量A应大于74 dB。考虑到实际可能,这里用2个LM318构成一个四阶通带纹波为0.5 dB的Chebyshev滤波器作滤波,设置53 Hz,530 Hz,5.3 kHz和53 kHz 4个转角频率覆盖整个频程。
MAX295输出噪声甚低(THD+N典型值-70 dB),因此后置滤波器的衰减量大于10 dB即可满足要求。为此用其自带的运算放大器构成一个二阶巴特沃思低通滤波器,并设置53Hz,530 Hz,5.3 kHz和53 kHz 4个转角频率覆盖整个频程。

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图5为此程控抗混滤波器的结构,三级滤波器的频率设置及最小衰减量如表2所示。其中,前、后置滤波器的一个转角频率可覆盖开关电容滤波的3个频率。例如,前置滤波器与后置滤波器置在53 Hz的转角频率可与开关电容滤波的10 Hz,20 Hz和50 Hz 3个频率对应,其余类推。

q.JPG


所有滤波器元件的参数计算及校核用美国TI公司的“FiherPro低通滤波器程序”完成。理论计算和实测结果均表明,该滤波器完全可以满足数据采集系统的要求。

3 结束语
笔者提出了开关电容滤波器前置(抗混)滤波器和后置(重建)滤波器的参数和设计步骤,并结合数据采集系统的工程实例,讨论了随动跟踪前后置滤波器的设计问题。实验表明,笔者提出的设计方法简明可靠、行之有效,可作为开关电容滤波器应用的参考。


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