1.介绍
MAX262是一款双二阶开关电容有源滤波器，可以通过单片机的SPI总线精确控制滤波器的传递函数。中心频率和品质因数独立编程实现智能控制，通过附带的滤波器设计软件可以任意改善滤波器特性。
系统设计由放大器、滤波器、幅频特性测试模块、椭圆滤波器和控制模块组成。AD603与MAX262结合，实现任意增益设置，满足高、低、带通滤波器参数要求。
2.系统设计方案
系统方案如图1所示。可编程增益放大器以低噪声、精密控制的可变增益放大器AD603为核心。最大增益误差为0.5 dB，满足高精度要求。其增益(dB)与控制电压(V)线性相关。因此，可以用单片机控制D/A输出电压来改变放大器增益，降低噪声和干扰。以MAX262为核心的程控滤波器，通过单片机的SPI总线精确控制滤波器的传递函数，独立编程中心频率和品质因数，实现64级中心频率和128级品质因数的智能控制。点阵液晶显示器建立了一个友好的菜单界面，并显示自定义提示和复杂的图形数据。
实验中增加了幅频特性测试仪。其信号产生部分采用Altera公司的FPGA EP1C6T144C8，采用DDFS技术产生频率范围为100 Hz ~ 200 kHz的扫频信号，频率步进可以精确到1 kHz以内。信号送到被测网络，输出AD637获得的信号真有效值。信号由A/D采集，送回单片机进行处理。系统的幅频特性图可以在液晶屏上绘制出来。
3.理论分析和计算。
3.1程控放大模块
在该系统设计中，两片AD603依次连接，两个极点容性耦合。因为AD603在定制模式下的增益为-10 db ~ 30 db。带宽为90 MHz，因此级联方式可使增益达到-20 dB ~ 60 dB，控制电压为0 V ~ 2 V，控制电压由单片机控制的8位A/D转换器ADC0832产生，其精度可达2 V/256=0.007 812 5 V，增益精度可达0.312 5 dB。因此完全可以满足系统显示部分增益60 dB、步进10 dB的要求。
3.2 MAX262模块
MAX262双滤波器级联构成四阶程控滤波器，输入脉冲由单片机的ALE通过十六进制计数器提供，进行十六分频。MAX262的低通滤波器传递函数为：
3.3幅频特性测试模块
扫频信号由FPGA原理产生，其内置双口RAM频率字宽32位系统时钟fCLK为166 MHz。因此，频率分辨率f=FCLK/232=0.038 64。Hz，其带宽为166 MHz。真有效值转换器AD637的转换公式为VRMS=AVG [VIN/VRMS]，它读取输出信号的有效值。
4.系统设计
4.1硬件设计
增益控制
增益控制核心电路由可变增益运算放大器AD603和精密运算放大器ADOP37组成。以AD603为核心，利用外围电路实现可编程放大器。其增益与控制电压成线性关系，单片机控制D/A输出来控制放大增益。电路原理图如图2所示。
程控过滤
程控滤波主要由MAX262通过程序控制来实现。MAX262通过单片机SPI总线编程滤波器参数，实现程控滤波器。其中心频率和品质因数可编程和调整，分别为64和128级。其电路原理如图3所示。
4.2软件设计
系统设计的软件设计流程如图4所示。选择滤波器类型后，等待放大增益参数的输入，计算参数对应的D/A输出值，将数据发送到D/A并锁存。等待滤波器的参数，通过计算对MAX262编程，控制数据s
将放大器的输入信号和输出信号连接到双踪示波器上，调整合适的电压幅度，观察两个波形的差异。放大器的输出电压在1 dB~10 dB范围内无明显失真。
EDA系统板的FPGA和DAC产生的扫频正弦波频率为50 Hz ~ 220 kHz，步进为10 kHz，输出分别接数字示波器和幅频特性测试仪的输入。将数字示波器的FFT功能与幅频特性测试仪得到的幅频特性结果进行比较，被测幅频特性测试仪的精度更高。
5.2参数测试
波形发生器产生一个10 mV的正弦波，连接到双踪示波器的CH1迹线和放大器的输入，放大器的输出连接到示波器的CH2迹线。根据测试数据，增益误差为5%。低通滤波器的截止频率-3 dB与理论值之间的误差为4.8%。对于高通滤波器，用数字示波器测得输出的峰峰值是输入的0.707倍，其发生器的频率为51.31 kHz。
6.结束语
基于MAX262的程控滤波器可以逐级实现10 dB的电压增益，最大增益为40db；可以选择滤波模式，截止频率可以调整为1 kHz，可以设置显示参数功能。其最大增益可达60 dB，扩展了简易幅频特性测试仪。
