一种程控滤波器的设计

　　在电路分析中，定值电阻可以认为是一个单端网络，给一个激励电压Un，它就可以输出一个响应电流I0，而电阻的阻抗定义为R0=U0／I0。对于电流型的D／A转换器也可以这样认为，如果将D／A转换器的参考电压看做是激励电压输入，那么输出电流就可以看做是响应电流了。通过软件设置D／A转换器的输出电压的数字量，就可以起到改变响应电流的目的。

　　采用四通道电流输出型串行D／A转换器MAX514，MA514是倒T形R-2R电阻网络D／A转换器，则其输出电压公式为

　　2．3 滤波器参数分析

　　如图2所示，四路运算放大器分别输出高通、低通、带通、带阻。且R01=R02=R03=R04=10 kΩ，R05=R06=R07=10 kΩ，这决定了滤波器输出的增益：KHP=1，RBP=-1，RLP=1，RBS=-l。设计中选取Cl=C2=180 pF，滤波器的截止频率(或中心频率)为：

　　因此截止频率(或中心频率)可设置的范围为15．8 Hz～64．5 kHz。本系统设计的范围频率范围为100 Hz～50 kHz，在一定截止频率范围内，Q值的设定范围为0．5～5。

　　3 系统软件设计

　　系统软件采用模块化和层次化的设计思想。采用模块化方法，即是对某一硬件模块进行控制时，只需调用相应的控制模块即可。模块内采用层次化设计，把底层的硬件接口处理编制为独立底层子程序，并向上提供处理的数据，且对上层功能模块屏蔽底层硬件接口部分。最后，主程序只需要调用相关的功能模块就可以方便构建系统。

　　本系统的软件部分主要由单片机组成，其中主要包括系统的初始化、中断的响应和中断的处理。该设计的功能实现以键盘的按键中断为主线，通过读入用户输入的键值，在相应的中断响应函数中以总线的方式与外部硬件电路进行数据的交换，实现对滤波器截止频率(中心频率)以及Q值的设定。系统软件流程见图3。

　　4 系统测试

　　该系统利用数字合成信号源、双踪示波器、仿真机、交流电压表进行了测试。调节输入信号的频率，并利用交流电压表记录输出电压的有效值，将实际测量值和预置值进行对比和分析。

　　对于低通或者高通滤波器，预置其Q值(品质因数)为0．707。测试结果表明，滤波器截止频率在100 Hz～50 kHz可调，实际测量的截止频率与设置值误差小于1％。在滤波器的阻带内，达到10倍频程40 dB衰减的效果，通带内起伏小于0．5 dB。

　　对于带通或者带阻滤波器，预置其Q值为5，测试结果表明，滤波器中心频率在600 Hz～7．2 kHz范围内可调，实际测量的Q值与预置值误差小于3％。

　　5 结论

　　设计了一种程控滤波器，这种方案的原理有别于开关电容滤波器，而是采用状态变量滤波器和电流型D／A转换器。就这种方案的本质而言，利用了电流型D／A转换器的倒T形R-2R电阻网络改变状态变量滤波器中用来决定截止频率和Q值的电阻阻值，从而实现了滤波器的程控，滤波器截止频率和Q值的分辨率随电阻网络的规模的增加而提高。在大规模集成电路的设计中，可以把状态变量滤波器和倒T形R-2R电阻网络集成到单个芯片中，这样能够大大减少设计成本，具有很好的应用前景。本文仅仅是提出了一个大致的设计思路，还有待在实际运用中进一步完善。