程控滤波器的设计

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3．3 幅频特性测试模块

FPGA由DDS产生0～200 kHz范围内的扫频信号，DDS产生信号的频率稳定度较高，而且信号的频率步进和信号幅值控制方便。DDS以Nyquist时域采样定理为基础，在时域中进行频率合成。DDS的基本工作原理：每个参考频率fs上升沿到来时，N位的相位累加器值便按照频率控制字K的长度增加一次，输出所得相位值，正弦查找表将相位信息转化为相应的正弦幅度值。在fs和N一定的情况下，输出波形频率由频率控制字K决定。以一定步进循环增加频率控制字K，输出频率变化的扫频信号。

公式1

扫频信号通过被测网络后，由AD637检测有效值，即利用各个频点通过网络后的有效值在示波器上显示其幅频特性图。AD637的外围电路简单，而且当输入峰峰值大于2 V时，其测量误差在100 Hz～1 MHz的范围内可忽略。图5为幅频特性测试模块原理框图。

4 系统软件设计

系统软件设计主要有3部分：(1)设置放大器的增益，控制高低通等滤波器的切换并设定其截止频率；(2)幅频特性测试．产生DDS信号的频率控制字，控制频率步进，测量并显示信号通过滤波器后的幅值信息；(3)人机交互功能。系统软件设计采用模块化思想，模块内部采用层次化设计，将硬件接口处理及初始化部分作为底层的子程序，控制硬件接口的中断并向上层提供接口读取数据；中间层程序完成底层数据的收集和处理，将其结果上传至最终的上层功能控制程序；最后主程序通过调用相关的功能控制模块实现对整个系统的构建。系统软件总体流程如图6所示。

5 测试结果

(1)用信号源在放大器输入端输入峰值为10 mV的正弦信号，在100 Hz～40 kHz范围内，用双踪示波器检测放大器的通频带。预置放大器增益，用低频毫伏表测试输出信号的有效值并检测其实际增益，计算增益误差，检验增益步进。测试结果表明放大器的增益范围为0～60 dB，步进为10 dB，增益误差小于0．5％。
(2)将放大器增益设置为40 dB，输入信号为10 mV，选择高通或低通滤波器模块，预置滤波器截止频率，用低频毫伏表和双踪示波器测试其实际截止频率，计算相对误差，并检测截止频率步进和(低通)或(高通)处的电压总增益，检测到该处电压总增益不超过20 dB。测试结果表明高通和低通滤波器的截止频率在1～30 kHz内可调，频率步进为1 kHz，且截止频率误差小于2％。

(3)椭圆滤波器的测试，将放大器的增益设置为40 dB，用低频毫伏表和示波器测量其通带波动、-3 dB截止频率和200 kHz的总电压增益。测试结果表明该椭圆滤波器的带内波动小于0．2 dB。截止频率为50．15 kHz，在200 kHz处衰减58．35 dB。

(4)幅频特性测试仪的测试，选择各滤波器为被测网络，设定测试信号扫频带宽和步进开始扫频，观察液晶显示屏上的幅频测试图，结果表明幅频特性曲线与被测网络理论计算结果比较相符。

6 结论

该系统设计实现各项设计指标，前级放大器采用可控增益放大器实现0～60 dB的增益变化范围，开关电容滤波器实现截止频率在1～30 kHz范围内数字可调，采用无源LC网络实现四阶椭圆低通滤波器，利用高速D／A转换器和有效值检波电路实现幅频特性测试仪，系统性能良好。系统设计简单，可较好地实现滤波器的程控，使用方便，具有较高的性价比、实用性和使用价值。

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