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開關電容濾波器的“共振”現(xiàn)象及其對策

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作者: 時間:2007-09-24 來源:中國電子市場網(wǎng) 收藏
在信號處理儀器的硬件系統(tǒng)中抗混濾波器是一重要的部件。根據(jù)信號分的的要 求,抗混濾波器的截止頻率范圍控制在10Hz~20kHz。為了提高信號的頻率分辨率,要求抗混濾波器的帶寬是可變的。比如要分析100Hz以內(nèi)的信號特征,該低通濾波器的帶寬最好選為100Hz。設計時,按1、2、4、5倍乘的原則,將20kHz頻率范圍分成14檔不同帶寬來處理。若采用一般的模擬低通濾波器必須電路繁復、換檔不便、體積太大、不甚實用。用集成開關發(fā)展很快,生產(chǎn)公司不少,器件目前已系列化。它改變截止頻率非常方便,只要程近不同的采樣頻率即可。因此,選擇8階開關電容橢圓低通濾波器MAX293作抗混濾波器用。理論上8階低通濾波器適合于制作抗混濾波器,其截止頻率后的衰減為160dB/10倍頻,由文獻(1)可知,如截止頻率為1kHz,則到1.5kHz處,信號衰減了80dB[1],接近理想的低通濾波器,這是由橢圓濾波的特點所決定的。實測的濾特圖(幅頻特性)也有相似結(jié)果。但在試制過程中,發(fā)現(xiàn)該濾波器有“”現(xiàn)象,以下就此現(xiàn)象試作分析。

  1 開關的“”現(xiàn)象

  在用NW1232低頻頻率特性測試M AX293的幅頻特性時,發(fā)現(xiàn)屏幕上除了預期的幅頻特性之外,在采樣頻率及其整數(shù)倍的頻率處具有窄帶通形狀的峰值,其高度達到甚至超過了前面幅頻特性平坦部分的最大值。也就是說,當輸入信號頻率等于采樣頻率或為采樣頻率的整數(shù)倍時,出現(xiàn)了這一現(xiàn)象。此現(xiàn)象從未見文獻報導過,暫時稱之為“”現(xiàn)象,如在使用中對其不加處理,則將嚴重干擾有用信號。為了弄清原因,重復作了試驗。采取自動掃描、手動掃描、變采樣頻率后掃描等方法,該現(xiàn)象始終如期而至。為了濾去該“高頻干擾”,在MAX293電路之后,接上模擬低通濾波器。然而不管接二除低通還是四階低通模擬濾波器,其輸出仍然存在該“干擾”,而且幅值無任何減小。

  2 “共振”現(xiàn)象的解釋

  用模擬低通濾波器做實驗,當然不存在此現(xiàn)象。因此,原因必然在于具有采樣環(huán)節(jié)的開關電容上。在開關中,當開關頻率(即采樣頻率、時鐘頻率)大大于信號頻率時(文獻(2)指出,一般要大于20倍),開關電容等效于模擬阻容濾波器中的電阻,可推導出,其等效電阻R=1/(C



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