基于正交矢量放大的MRS信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)---- 采集模塊硬件設(shè)計(jì)(二)

鎖相環(huán)實(shí)際電路連接圖如圖4.14所示。CPLD分頻產(chǎn)生1300Hz～3000Hz范圍內(nèi)同Lamor頻率相等的信號(hào)，輸入74HC4046的14腳輸入端。4腳VCO輸出頻率經(jīng)過(guò)CPLD中的256倍分頻器，再輸入4腳相位比較器輸入端。相位比較器的輸出2腳經(jīng)過(guò)RC低通濾波器輸入VCO輸入端，組成鎖相環(huán)路。

74HC4046的VCO頻率范圍由外接電阻、電容決定，公式如下：

根據(jù)74HC4046數(shù)據(jù)手冊(cè)，確定外圍電容、電阻參數(shù)為：C₁ = 47pF，R₁ = 200kΩ，R₂ = 220kΩ。最終測(cè)得VCO輸入電壓為0和VDD時(shí)，VCO輸出波形如圖4.15和圖4.16所示。

4.4低通濾波器電路

4.4.1 LPF電路設(shè)計(jì)

要求鎖定放大器改善信噪比的作用主要由低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。低通濾波器的通帶寬度越窄，抑制噪聲的能力越強(qiáng)。即使LPF的截止頻率很低，其頻率特性仍然能夠保持相當(dāng)穩(wěn)定，這是利用LPF實(shí)現(xiàn)窄帶化的優(yōu)點(diǎn)。為了適應(yīng)不同的被測(cè)信號(hào)頻率特性的需要，LPF的截止頻率常做成可調(diào)的。

傳統(tǒng)的濾波器一般采用分立器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，電阻、電容的選取和匹配以及優(yōu)化靈敏度等問(wèn)題非常復(fù)雜，而且器件參數(shù)容易隨時(shí)間和溫度的變化而產(chǎn)生漂移。MAX260系列可編程開(kāi)關(guān)電容濾波器，在一個(gè)芯片上集成了運(yùn)算放大器、電阻和電容，設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)優(yōu)化了靈敏度而且匹配好了元件，因而極大的簡(jiǎn)化了濾波器的設(shè)計(jì)，把需要的控制參數(shù)加載到芯片以后，幾乎不需要外接元件，就可以方便的實(shí)現(xiàn)各種濾波器功能.

4.4.2 LPF電路芯片選擇

綜合考慮，選擇MAX260實(shí)現(xiàn)低通濾波器。

MAX260系列芯片主要由放大器、積分器、電容切換網(wǎng)絡(luò)（SCN）和工作模式選擇器組成，積分器、電容切換網(wǎng)絡(luò)和工作模式選擇器分別由編程數(shù)據(jù)M0，M1、F0～F5和Q0～Q6控制。每個(gè)芯片內(nèi)部都含有兩個(gè)獨(dú)立的可編程二階開(kāi)關(guān)電容濾波器，它們可以單獨(dú)使用，也可以級(jí)聯(lián)成一個(gè)四階的濾波器，濾波器A和B可以采用內(nèi)部時(shí)鐘，也可以采用外部時(shí)鐘，每個(gè)濾波器的獨(dú)立時(shí)鐘輸人端可以連接晶振、RC網(wǎng)絡(luò)或外部時(shí)鐘產(chǎn)生器，芯片對(duì)外部時(shí)鐘的占空比沒(méi)有要求。可編程的參數(shù)有中心頻率、品質(zhì)因數(shù)和工作模式，輸人時(shí)鐘頻率與6位編程代碼F0～F5一起決定濾波器的中心頻率或截止頻率，其中，時(shí)鐘頻率和中心頻率之比可實(shí)現(xiàn)64級(jí)程控調(diào)節(jié)，品質(zhì)因數(shù)可實(shí)現(xiàn)128級(jí)程控調(diào)節(jié)，中心頻率和品質(zhì)因數(shù)以及工作模式都可獨(dú)立編程，互不影響，片內(nèi)開(kāi)關(guān)和電容提供反饋以控制每個(gè)濾波器的中心頻率和品質(zhì)因數(shù)，內(nèi)部電容的開(kāi)關(guān)速率是影響這些參數(shù)精度的主要因素。MAX260可以實(shí)現(xiàn)中心頻率或截止頻率在0.01Hz～7.5kHz范圍內(nèi)可調(diào)，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

對(duì)MAX260具體的編程方法，是先產(chǎn)生編程系數(shù)。首先確定濾波器使用的時(shí)鐘頻率和工作模式，然后計(jì)算時(shí)鐘頻率和中心頻率之比，根據(jù)MAX260的數(shù)據(jù)手冊(cè)確定工作模式、時(shí)鐘頻率和中心頻率之比以及品質(zhì)因數(shù)的二進(jìn)制編程代碼。