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)

锁相环实际电路连接图如图4.14所示。CPLD分频产生1300Hz～3000Hz范围内同Lamor频率相等的信号，输入74HC4046的14脚输入端。4脚VCO输出频率经过CPLD中的256倍分频器，再输入4脚相位比较器输入端。相位比较器的输出2脚经过RC低通滤波器输入VCO输入端，组成锁相环路。

74HC4046的VCO频率范围由外接电阻、电容决定，公式如下：

根据74HC4046数据手册，确定外围电容、电阻参数为：C₁ = 47pF，R₁ = 200kΩ，R₂ = 220kΩ。最终测得VCO输入电压为0和VDD时，VCO输出波形如图4.15和图4.16所示。

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。