基于单片机的程控有源滤波器电路

有源滤波器广泛应用于数字信号处理、通信、自动控制领域，但设计可变宽频带有源滤波器则比较困难。利用单片机控制参数可编程的双二阶通用开关电容有源滤波器，精确设置有源滤波器的中心频率f0，品质因数Q及有源滤波器的工作方式。

2 开关电容有源滤波器工作原理

开关电容有源滤波器的基本原理是在电路两节点之间接具有高速开关的电容器，等效于两节点之间连接一只电阻。图1(a)是一个有源RC积分器，图1(b)是采用一只接地电容C1和CMOS开关T1、T2替代输入电阻R1。图1(c)是不重叠的两相时钟脉冲，用于驱动T1、T2。时钟频率fCLK高于信号频率。当φ1为高电平时，T1导通(视短路)而T2截止(视开路)，此时C1与输人信号V1相连并充电(如图1(d)所示)，即有电荷qc1=ClV1。当φ2为高电平时，T1截止而T2导通，此时C1与输入信号V1断开而接至运算放大器的输入端，C1放电，充电电荷qc1传输至C2。每一时钟周期TC内，从信号源提取的电荷qc1=C1V1提供至积分电容器C2。因此，在节点1、2之间流过的平均电流为iav=C1V1/TC。若TC足够短，可近似认为这一过程是连续的，因而可在两节点间定义一只等效电阻Req，即Req=VI/iav和Req=TC/C1。这样可得到等效积分器时间常数τ，即τ=C2Req=TcC2/C1。显然，滤波器频率响应的时间常数τ取决时钟周期TC和电容比值C2/C1，而与电容的绝对值无关，集成电路工艺制作小容量电容易于实现。当电容比值恒定时，改变时钟频率，就可改变滤波器的截止频率，即开关电容滤波器的基本工作原理。

3 MAX262简介

MAX262是美国Maxim公司生产的双二阶通用开关电容有源滤波器，其引脚功能及内部框图如图2所示。MAX262内部集成有2个结构相同的二阶通用开关电容有源滤波器及1个独立的运算放大器OP。这两个有源滤波器既可独立使用，也可串联使用。对滤波器的工作方式，中心频率f0，品质可通过D0D1，A0～A3端口线在WR上升沿写入所选中的内部单元来设置滤波器的工作方式、中心频率f0以及品质因数Q等参数。详见表1所列。其中，中心频率f0的范围为1 Hz～140 kHz。fCLKA和fCLKB为内部开关电容网络所需的外部时钟，一般为中心频率f0的几十至上百倍。

表1中MOM1为工作方式，仅在地址为A3A2A1A0=0000(或1000)时才能写入。F0～F5为f0控制字，Q0～Q6为品质因数Q的控制字。D0D1=00时为工作方式1，实现LP(低通)、BP(带通)、N(陷波)功能;D0D1=01时为工作方式2，实现区别于工作方式1的LP(低通)、BP(带通)、N(陷波)功能;D0D1=10时为工作方式3，实现LP、BP、HP(高通)功能;D0D1=10时，若使用独立运放OP为工作方式3A，实现有别于工作方式3的LP、BP、HP功能。D0D1=11时为工作方式4，实现LP、BP、AP(全通)功能。MAX262有INA、INB两个信号输入端，允许最大输入电压振幅为±4.7 V。

4程控有源滤波器硬件电路设计

程控有源滤波器硬件电路框图如图3所示。利用89C51控制键盘显示器8279、可编程计数器8254、可编程有源滤波器MAX262。其中8254是3通道16位可编程计数器，计数时钟频率可达10 MHz，可向MAX262提供精确的时钟频率fCLKA和fCLKB。