基于MSP430和MAX262程控濾波器的設(shè)計(jì)

摘要：隨著手持設(shè)備的廣泛應(yīng)用，為了滿足系統(tǒng)設(shè)備的低功耗要求，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)MSP430、數(shù)字頻率源LTC6903、開(kāi)關(guān)電容濾波芯片MAX 262的低功耗程控濾玻器。系統(tǒng)采用單片機(jī)控制數(shù)字頻率源芯片LTC6903提供步進(jìn)可調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器截止頻率的靈活調(diào)節(jié)和濾波類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)改善了傳統(tǒng)有源濾波器器件參數(shù)設(shè)計(jì)困難，截止頻率等參數(shù)難以靈活控制和調(diào)節(jié)的問(wèn)題。與傳統(tǒng)有源濾波器相比，可以完成低通、高通、帶通、陷波功能的轉(zhuǎn)換，濾波器Q值范圍0．5～8程控調(diào)節(jié)，截止頻率在100Hz～40 kHz之間100Hz步進(jìn)可調(diào)。此外，系統(tǒng)在3．3 V的供電條件以及單片機(jī)的ShutDown模式下，比一般的程控濾波器具有更低的功耗。
關(guān)鍵詞：可編程；開(kāi)關(guān)電容濾波器；單片機(jī)；幅頻特性測(cè)試

在電子系統(tǒng)中，濾波器是數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理等方面不可缺少的重要環(huán)節(jié)，如信號(hào)采集前的噪聲濾除，D／A轉(zhuǎn)換輸出的“階梯狀”濾波等等。一般的有源濾波器由運(yùn)算放大器、RC元件組成，但這種濾波器的截止頻率、Q值等參數(shù)都是固定不變的，在某些信號(hào)頻率動(dòng)態(tài)范圍較寬的場(chǎng)合就不適宜使用。因此，有必要采取多種截止頻率的濾波器，如程控濾波器，對(duì)動(dòng)態(tài)范圍較寬的信號(hào)進(jìn)行濾波。美國(guó)Maxim公司生產(chǎn)的可編程濾波器芯片MAX262可以通過(guò)編程進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、陷波等處理，且濾波的特性參數(shù)如中心頻率、品質(zhì)因素等，均可以通過(guò)程序設(shè)置。
本文介紹以低功耗單片機(jī)MSP430F449為控制核心，通過(guò)凌特公司數(shù)字頻率源芯片LTC69034產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)精確控制MAX262，以及其與外圍電路構(gòu)成能實(shí)現(xiàn)多種功能的新穎濾波器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)最大特點(diǎn)在于數(shù)字頻率源LTC6903與MAX262的結(jié)合使用，以及MSP430具有的低功耗功能，當(dāng)系統(tǒng)超過(guò)一定時(shí)間沒(méi)信號(hào)輸入時(shí)程序可以自動(dòng)關(guān)閉CPU進(jìn)入節(jié)能省電模式。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)如圖1所示，VCA810程控放大器作為信號(hào)輸入的前級(jí)放大，其增益由單片機(jī)控制D／A芯片TLV5616輸出電壓來(lái)調(diào)節(jié)，步進(jìn)精度可達(dá)1 dB，范圍在-40～40 dB。濾波模塊以可編程芯片MAX262作為核心，通過(guò)單片機(jī)MSP430和LTC69034程控時(shí)鐘信號(hào)芯片進(jìn)行截止頻率的低步進(jìn)調(diào)節(jié)以及品質(zhì)因素的智能控制。

本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一在于MSP430具有低功耗性能，當(dāng)系統(tǒng)末級(jí)超過(guò)一定時(shí)間沒(méi)有檢測(cè)到信號(hào)輸入時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)關(guān)閉CPU并處于低功耗狀態(tài)，直到有信號(hào)輸入為止。這樣的設(shè)計(jì)能使系統(tǒng)更為節(jié)能，防止無(wú)用地消耗能源。此外，系統(tǒng)附加了幅頻特性測(cè)試模塊，掃頻信號(hào)由AD公司的AD9851來(lái)產(chǎn)生，頻率步進(jìn)精確到1 kHz。當(dāng)信號(hào)從被測(cè)網(wǎng)絡(luò)輸出后通過(guò)AD637檢測(cè)到有效值，再采用MSP430F449內(nèi)部集成的A／D模塊進(jìn)行采樣處理，最后驅(qū)動(dòng)雙口D／A在液晶顯示幅頻特性曲線。
2 硬件電路
2．1 前級(jí)放大模塊
系統(tǒng)前級(jí)采用VCA810程控放大芯片，該芯片具有-40～40 dB增益連續(xù)可調(diào)的放大功能，其增益可由單片機(jī)控制D／A芯片TLV5616輸出電壓Vc給VCA810的3號(hào)引腳來(lái)調(diào)節(jié)，具體增益與電壓的關(guān)系為：G(db)=-40·(Vc+1)dB。