ispPAC及其濾波器設(shè)計

濾波器的實現(xiàn)

在一個實際應(yīng)用的電路系統(tǒng)中，它的輸入信號往往受干擾等因素，會含有一些不必要的噪聲成分，應(yīng)當把它衰減到足夠小的程度，從而達到把我們需要的信號從輸入信號源中分離出來。而為了解決上述問題，我們可以采用有源濾波器來實現(xiàn)。

下面介紹一下如何用在系統(tǒng)可編程模擬器件實現(xiàn)濾波器的設(shè)計方法。通常我們可以用三個運算放大器來實現(xiàn)雙二階型函數(shù)的電路。雙二階型函數(shù)能實現(xiàn)各種濾波器函數(shù)，如低通、高通、帶通、帶阻等。雙二階函數(shù)T(s)的表達式如下，式中m=1或n=1或0：

由于這種電路的靈敏度相當?shù)?，所以電路容易調(diào)整，而且這種電路的另一個顯著特點是只需要附加少量的元件就能實現(xiàn)各種濾波器函數(shù)。這里我們以低通函數(shù)濾波器的實現(xiàn)為例，說明設(shè)計的整個過程。例如，低通濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)Tlp(s)如下：

整理后獲得：

取b=k1k2，式(3)可以改寫成如下形式：

其等效的方框圖如圖3：

從方框圖中的函數(shù)中不難看出，系統(tǒng)可以分別用反向器電路、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3的方框圖中即可得到以下的實現(xiàn)電路，如圖4所示。

現(xiàn)在我們已不再需要利用電阻、電容、運放搭電路，然后才調(diào)試電路。現(xiàn)在完全可以利用系統(tǒng)內(nèi)可編程器件方便地實現(xiàn)此電路。ispPAC10就能夠?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，電路中把k11、k12、k22設(shè)置成+1，把k21設(shè)置成-1。因此一個三運放的雙二階型函數(shù)電路可以用兩個PAC塊就能實現(xiàn)。在開發(fā)軟件PAC-Designer中使用原理圖輸入方式，把兩個PAC塊連接起來，電路如圖5所示。

電路中的CF是反饋電容值，Re是輸入運放的等待電阻，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，即帶通函數(shù)表達式和低通函數(shù)表達式。

系統(tǒng)內(nèi)可編程模擬電路的開發(fā)軟件PAC-Designer中含有一個宏單元，專門用于濾波器的設(shè)計，根據(jù)我們的設(shè)計要求算出對反饋電容，電阻和電路增益等參數(shù)，然后在電路圖編程環(huán)境下進行電路布線、修改其相應(yīng)的參數(shù)值，系統(tǒng)的設(shè)計工作就基本完成。為了檢驗設(shè)計能否達到理想要求，開發(fā)軟件中還有一個模擬器仿真工具，用于濾波器的幅頻和相頻特性的仿真。如仿真的結(jié)果達到要求，則就可以通過下載電纜直接下載到ispPAC10器件中，整個設(shè)計工作完成。否則修改其參數(shù)，到仿真結(jié)果滿意為止。

結(jié)論

用ispPAC-Designer設(shè)計模擬濾波器極其方便，用一臺PC機就可以代替通常的示波器，掃頻儀和面包板，便工作效率得到很大提高，并且可以根據(jù)用戶的需要對系統(tǒng)作出調(diào)整而無須對PCB板作出任何改動，只須通過軟件在PC機中進行重新設(shè)計和性能仿真，然后下載到芯片中即可。整個工作在數(shù)小時內(nèi)就能完成。