滤波器参数设计方案说明

滤波器参数设计方案说明

一、设计指标

1、滤波器函数类型：巴特沃斯、契比雪夫

2、滤波器类型：低通、高通、带通

3、中心频率或截至频率范围：1Hz～140kHz

4、滤波器阶数：4阶

5、输入信号范围：最大幅值4Vpp，最小幅值mV级

6、输入信号：正弦波（0～40MHz）、方波（0～1MHz,默认占空比50%）两种，幅度可通过电位器调节

7、输出信号：两级程控放大（0～96dB），一级程控衰减（0～48dB）

二、设计中使用的公式及数据

表2.1 中心频率及Q值计算公式

'

C)C

=

Q

为各阶巴特沃斯和契

c B C

比雪夫对应的归一化系数；

为带通滤波器的中心频率，BW为带通滤波器的带宽，Q’为带（2）

Ω0

通滤波器的品质因数。

表2.2 各阶滤波器二阶滤波器节B、C表

注：契比雪夫滤波器的各阶系数是在通带波纹为0.1dB下求得。

表2.3 4阶滤波器设计参数表（采用归一化频率）

注：（1）表中给出的巴特沃斯和契比雪夫滤波器系数均为4阶滤波器； （2）契比雪夫滤波器的通带波纹为0.1dB ，两种滤波器的带通模式下为'0/(Hz)5BP Q f BW ==时的参数，BW 为带通滤波器的带宽，Q ´为带通滤波器的品质因数。

三、低通滤波器设计 1、截止频率及Q 值计算

由文献《有源滤波器精确设计手册》可以查得四阶巴特沃斯和契比雪夫滤波器各二阶节的B 、C 值，见表2.2。根据表2.1，计算得到四阶巴特沃斯和契比雪夫滤波器各二阶滤波器节的Q 值，如表2.3，我们重新整理成表3.1。

表3.1 四阶低通滤波器各二阶滤波器节的Q 值和归一化频率

2、0/clk f f 、Ｑ和工作模式编程参数的确定

f clk /f 0编程参数的确定有两种方法：（1）固定f clk /f 0比值，即无需改变

频率比的N F 编程值，通过改变时钟频率f clk 对应改变中心频率（截止频率）

f 0值。也即根据输入中心频率（截止频率）f 0计算得到时钟频率f clk 。（2）

固定时钟频率f clk，根据输入的中心频率（截止频率）f0计算N F值。由于滤波器不同模式下f clk和f clk/f0比值范围的限制不同，且一个固定的时钟频率f clk只能产生满足64各频率点的中心频率（截止频率）f0，得到的中心频率（截止频率）f0的范围较窄。若要活得较大的中心频率范围，需要多个固定时钟频率点。综合比较，选择第一种方式。

由于MAX262的工作模式2与其他工作模式的f clk/f0比值可选用的范围不同，且不同的工作模式下时钟和中心频率的限制范围也不同。为尽量采用高的f clk/f0比值以提高滤波器的抗混叠性能和减少Q值和f0的设计误差，设计将中心频率范围分为三个频段，再对三个频率段分别选择各个工作模式下的f clk/f0比值。由于时钟采用单片机产生，而单片机1个指令周期最短为1us，因此其最高频率f clk=500kHz（2个指令周期），因此滤波器最高中心频率（截止频率）不能超过20kHz，具体f clk/f0比值的选择见表3.2。从表中可以看出，在低频率段f clk/f0比值较高，而在高频率段f clk/f0比值较低。

表3.2 f clk/f0比值选择表

由表3.1可知，四阶巴特沃斯和契比雪夫低通滤波器各二阶滤波器的Q 值均不大，在模式1下便可查找到较接近的Q值。工作模式确定后，根据f clk/f0编程比值选择表3.2。已知Q值、工作模式和f clk/f0编程比值后，查找MAX262芯片资料中的误差表，得到各阶滤波器节的E f0和E q，如表3.3。

表3.3 四阶低通滤波器误差数据表

根据公式0

00f 0

//lk

lk f

f f f f 计算得到误差修正后的

Q

值和f clk /f 0比值见表3.4。

表3.4 四阶低通滤波器误差修正后数据表

根据误差修正后的Q 值和f clk /f 0比值表3.4，查找MAX262芯片资料中的数据表，得到各阶滤波器节的f clk /f 0比值和Q 编程代码N F 和N Q ，如表3.5所示。

表3.5 四阶低通滤波器误编程数据数据表

3、编程参数设定

根据设定的不同滤波器函数（巴特沃斯、契比雪夫）及不同的截止频率（1Hz ≤f 0≤5kHz 、5kHz ≤f 0≤

10kHz ）将表3.5所示的N F 及N Q 写入MAX262，并根据f clk =f 0×100.53（1Hz ≤f 0≤5kHz ）或f clk =f 0×50.27（5kHz ≤f 0≤10kHz ）设置MAX262的时钟频率。

四、高通滤波器设计 1、截止频率及Q 值计算

由文献《有源滤波器精确设计手册》可以查得四阶巴特沃斯和契比雪夫滤波器各二阶节的B 、C 值，见表2.2。根据表2.1，计算得到四阶巴特沃斯和契比雪夫滤波器各二阶滤波器节的Q 值，如表2.3，我们重新整理成表4.1。

表4.1 四阶高通滤波器各二阶滤波器节的Q 值和归一化频率

2、0/clk f f 、Ｑ和工作模式编程参数的确定

具体f clk /f 0比值的选择如表 4.2所示，从表中可以看出，在低频率段

f clk /f 0比值较高，而在高频率段f clk /f 0比值较低。

表4.2 f clk /f 0比值选择表

由表4.1可知，四阶巴特沃斯和契比雪夫高通滤波器各二阶滤波器的Q 值均不大，在模式1下便可查找到较接近的Q 值。工作模式确定后，根据

f clk /f 0编程比值选择表4.2。已知Q 值、工作模式和f clk /f 0编程比值后，查

找MAX262芯片资料中的误差表，得到各阶滤波器节的E f0和E q ，如表4.3。

表4.3 四阶高通滤波器误差数据表

根据公式0

00f 0

//lk

lk f

f f f f 计算得到误差修正后的

Q

值和f clk /f 0比值见表4.4。