用在系統(tǒng)可編程模擬器件實現(xiàn)雙二階型濾波器
加入技術交流群
在系統(tǒng)可編程電路提供三種可編程性能：(1)可編程功能，即具有對模擬信號進行放大、轉換、濾波等功能；(2)可編程互聯(lián)，即能把器件中的多個功能塊進行互聯(lián)，對電路進行重構，具有百分之百的電路布通率；(3)可編程特性，即能調(diào)整電路的增益、帶寬和閾值。這種電路可以對電路板上的在系統(tǒng)可編程模擬器件反復編程，編程次數(shù)可達10000次。它把高集成度、精確的設計集于一片ispPAC中，取代了由許多獨立標準器件所實現(xiàn)的電路功能。
1 在系統(tǒng)可編程模擬電路的結構
在系統(tǒng)可編程模擬器件ispPAC10的結構由四個基本單元電路、模擬布線池、配置存儲器、參考電壓和自動校正單元以及ISP接口所組成，如圖1所示。器件內(nèi)含60個有源和無源器件，用5V單電源供電。基本單元電路稱為PAC塊(PACblock)，它是由兩個儀表放大器和一個輸出放大器再配以電阻、電容構成一個真正的差分輸入、差分輸出的基本單元電路，如圖2所示。所謂真正的差分輸入、差分輸出是指每個儀表放大器有兩個輸入端，輸出放大器的輸出也有兩個輸出端。電路的輸入阻抗為109Ω，共模抑制比為69dB，增益調(diào)整范圍為－10～＋10dB。PAC塊中電路的增益和特性都可以用編程的方法來改變，采用一定的方法，器件可配置成1～10000倍的各種增益。輸出放大器中的電容CF有128種值可供選擇。反饋電阻RF可以斷開或連通。器件中的基本單元可以通過模擬布線池(Analog Routing Pool)實現(xiàn)互聯(lián)，以便實現(xiàn)各種電路的組合。
每個PAC塊都可以獨立地構成電路，也可以采用級聯(lián)的方式構成電路以實現(xiàn)復雜的模擬電路功能。圖3表示了兩種不同的連接方法。其中，(a)表示各個PAC塊作為獨立的電路工作；(b)為四個PAC塊級聯(lián)構成一個復雜的電路。利用基本單元電路的組合可構成放大、求和、積分、濾波等電路。例如，構成雙二階有源濾波器和梯型濾波器，且無需在器件外部連接電阻、電容元件。
2 雙二階型濾波器的實現(xiàn)
這里主要敘述如何用在系統(tǒng)可編程模擬器件實現(xiàn)濾波器。通常用三個運算放大器便可以實現(xiàn)雙二階型函數(shù)的電路。雙二階型函數(shù)能實現(xiàn)所有的濾波器函數(shù)，如低通、高通、帶通、帶阻等。雙二階函數(shù)的表達式如下：
式中，m＝1或0，n＝1或0。
雙二階函數(shù)電路的靈敏度相當?shù)?，電路容易調(diào)整。另一個顯著特點是只需附加少量的元件就能實現(xiàn)各種濾波器函數(shù)。首先討論低通函數(shù)的實現(xiàn)，低通濾波器的轉移函數(shù)如下：
上式又可寫成如下形式：
最后一個等式的方框圖如圖4所示。
不難看出方框圖中的函數(shù)可以分別用反相器電路、積分電路、有損積分電路來實現(xiàn)。把各個運算放大器電路代入圖4所示的方框圖即可得到圖5所示的電路。
然而現(xiàn)在已不再需要用電阻、電容、運放搭電路和調(diào)試電路了。利用在系統(tǒng)可編程器件可以很方便地實現(xiàn)此電路。ispPAC10能夠?qū)崿F(xiàn)方框圖中的每一個功能塊。PAC塊可以對兩個信號進行求和或求差，K為可編程增益。因此三運放的雙二階型函數(shù)的電路用兩個PAC塊就可以實現(xiàn)。在開發(fā)軟件中使用原理圖輸入方式，把兩個PAC塊連接起來，即可組成雙二階濾波器，電路如圖6所示(電路中把k11、k12、k22設置成＋1，把K21設置成－1)。
電路中的CF是反饋電容，Re是輸入運放的等效電阻。其值為250kΩ。兩個PAC塊的輸出分別為V01和V02?？梢苑謩e得到兩個表達式，第一個表達式為帶通函數(shù)，第二個表達式為低通函數(shù)。即
根據(jù)上面給出的方程便可以進行濾波器設計了。在系統(tǒng)可編程模擬電路的開發(fā)軟件PACDesigner中含有一個宏，專門用于濾波器的設計，只要輸入f0，Q等參數(shù)，即可自動產(chǎn)生雙二階濾波器電路，設置增益和相應的電容值。開發(fā)軟件中還有一個模擬器，用于模擬濾波器的幅頻和相頻特性。
評論