八階低通橢圓型開關(guān)電容濾波器及其應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2008/6/3 0:00:00 訪問次數(shù):650

濾波器是電子電路中應(yīng)用最廣泛的器件之一，從簡易的電阻電容模擬濾波器到復(fù)雜的數(shù)字集成電路濾波器，在高新電子產(chǎn)品以及智能化儀器儀表中，到處可見其活躍的身姿。max293/294/297是美國maxim公司推出的八階低通橢圓型、開關(guān)電容濾波器，采用輸入時(shí)鐘頻率控制輸出轉(zhuǎn)角頻率的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的濾波。可廣泛地應(yīng)用于小信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)濾波、抗混迭濾波、模數(shù)變換后置濾波及聲音數(shù)據(jù)信號(hào)濾波等場合，其濾波原理和設(shè)計(jì)簡單，在很大程度上，將電子電路設(shè)計(jì)者從煩瑣的模擬濾波器設(shè)計(jì)中解放出來。本文主要介紹其原理及其在機(jī)載式軌道質(zhì)量智能監(jiān)測裝置中的過絕緣機(jī)信號(hào)頻率濾波及模電壓信號(hào)濾波中的應(yīng)用。

一、基本特性

1.主要特點(diǎn)

(1)八階低通橢圓型濾波器；

(2)時(shí)鐘可調(diào)轉(zhuǎn)角頻率范圍:0.1hz到25khz(max293/294)，0.1hz到50khz(max297)

(3)時(shí)鐘對(duì)轉(zhuǎn)角頻率比：100：1(max293/294)，50：1（max297）；

(4)不需要另接外部電路；

(5) 內(nèi)部或外部時(shí)鐘；

(6) 可在+5v單電源或€?v雙電源條件下工作；

(7)用于抗混迭或時(shí)鐘噪聲濾波的獨(dú)立運(yùn)放；

(8)8腳dip或16腳寬so封裝。

2.管腳說明

8腳dip和16腳封裝管腳功能如表1所示。

3.典型工作電路

典型工作電路如圖1所示（針對(duì)8腳dip封裝）。

二、使用說明

按照0.1hz到25khz(max293/294)或0.1hz到50khz（max297）的轉(zhuǎn)角頻率構(gòu)成。max293/297的1.5過渡比提供了銳變傾斜緣和-80db阻帶衰減，max294的1.2過渡比則提供了最陡峭的傾斜緣和-58db阻帶衰減。此三種濾波器都有固定的響應(yīng)，所以設(shè)計(jì)任務(wù)僅限于選擇控制著濾波器轉(zhuǎn)角頻率的時(shí)鐘頻率。此濾波器可采用一外接電容產(chǎn)生的內(nèi)部振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)，或者直接采用外接時(shí)鐘信號(hào)。為了構(gòu)成用于后置濾波或抗混迭的連續(xù)時(shí)間低通濾波器，maxim公司設(shè)置了一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)放（非反向輸入端接地），其陡的傾斜緣和高的階次，使得該系列濾波器特別適合于需要最大通帶的抗混迭以及需要濾去頻率范圍內(nèi)緊鄰信號(hào)的通訊場合。

三、應(yīng)用實(shí)例

在我們研制的一裝于列車機(jī)車上的實(shí)時(shí)監(jiān)測報(bào)警的裝置中，需對(duì)列車過機(jī)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，以對(duì)列車位置作出準(zhǔn)確定位。其方法是，檢測機(jī)車速度可求得機(jī)車行駛里程，再通過過絕緣機(jī)信號(hào)的識(shí)別對(duì)里程進(jìn)行修正和補(bǔ)償。而過絕緣機(jī)信號(hào)是一包含頻率信號(hào)和交流電壓信號(hào)的復(fù)雜信號(hào)，在監(jiān)測中必須對(duì)頻率和電壓信號(hào)作綜合識(shí)別才能準(zhǔn)確判斷過機(jī)信號(hào)。所以在此裝置中，我們采用了1片max293作為頻率抗混迭濾波、1片作為小信號(hào)數(shù)據(jù)采集濾波。濾波后兩信號(hào)經(jīng)放大和光電隔離送至at89c55單片機(jī)進(jìn)行二次處理。如圖2所示（省略了max293濾波后及單片機(jī)系統(tǒng)部分電路）。

gj+、gj-分別為機(jī)車上過機(jī)信號(hào)的正負(fù)端，對(duì)于圖2的差分放大電路可以互換。fclk和vclk為經(jīng)單片機(jī)p1.5和p1.6產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào), fclk約為50 khz～100 khz, vclk約為500 hz～1 khz。這樣，過機(jī)信號(hào)經(jīng)差分放大及兩級(jí)運(yùn)放放大后分別輸入至兩片max293，經(jīng)fclk和vclk控制，其輸出信號(hào)outf和outv的頻率約為500 hz～1 khz500和5 hz～10hz。經(jīng)機(jī)車上反復(fù)試驗(yàn)，我們選取vclk為固定值800hz，其對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)outv為頻率8 hz以下，幅值12mv～1500mv的交流電壓信號(hào)，將其進(jìn)行a/d變換輸入至at89c55單片機(jī)進(jìn)行二次處理。而對(duì)于頻率信號(hào)的處理，考慮機(jī)車在固定區(qū)間運(yùn)行，過機(jī)信號(hào)固定為四種頻率：550hz、650hz、750hz和850hz，具體是，機(jī)車上行，每過一個(gè)信號(hào)機(jī)，頻率在550hz和650hz之間切換，同樣，機(jī)車下行，每過一個(gè)信號(hào)機(jī)，頻率在750hz和850hz之間切換。我們可通過單片機(jī)控制fclk大小而控制其輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)角頻率，并綜合電壓信號(hào)準(zhǔn)確判斷出過機(jī)點(diǎn)。

在實(shí)際運(yùn)行中，我們通過列車公里標(biāo)的初步計(jì)算，預(yù)告過機(jī)切換點(diǎn)，以此控制fclk，得出準(zhǔn)確的過機(jī)點(diǎn)，再以過機(jī)信號(hào)來校正公里標(biāo)，從而能得出較為準(zhǔn)確的公里標(biāo)，為其他項(xiàng)目的機(jī)車監(jiān)測提供可靠的保障。

濾波器是電子電路中應(yīng)用最廣泛的器件之一，從簡易的電阻電容模擬濾波器到復(fù)雜的數(shù)字集成電路濾波器，在高新電子產(chǎn)品以及智能化儀器儀表中，到處可見其活躍的身姿。max293/294/297是美國maxim公司推出的八階低通橢圓型、開關(guān)電容濾波器，采用輸入時(shí)鐘頻率控制輸出轉(zhuǎn)角頻率的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的濾波�？蓮V泛地應(yīng)用于小信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)濾波、抗混迭濾波、模數(shù)變換后置濾波及聲音數(shù)據(jù)信號(hào)濾波等場合，其濾波原理和設(shè)計(jì)簡單，在很大程度上，將電子電路設(shè)計(jì)者從煩瑣的模擬濾波器設(shè)計(jì)中解放出來。本文主要介紹其原理及其在機(jī)載式軌道質(zhì)量智能監(jiān)測裝置中的過絕緣機(jī)信號(hào)頻率濾波及模電壓信號(hào)濾波中的應(yīng)用。