MAX264程控低通滤波器.docx
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MAX264程控低通滤波器
引言
软件无线电技术目前已被广泛采用，具有软件无线电结构及其功能的系统是一个高度数字化，高度可编程，用软件实现并可扩充其功能的一种通信系统，它的中心思想就是构建一个通用化的硬件平台，根据不同要求，只需升级或改变控制程序就可完成多种功能。
而滤波器作为抑制或消除无用信号成分通过有用信号成分的电子装置，已大量应用于各类电路系统中，传统的分立元件组成的无源滤波器或是用运放构成的有源滤波器总是存在诸如带内不够平坦、频带范围窄且固定不变、结构复杂等缺点。
随着软件无线电技术在电路系统设计中的广泛应用，寻找一种高精度可编程控制的通用滤波器已变的越来越重要。
MAX264就能较好地满足这一需要。
一、MAX264芯片概述:
（一）描述：
MAX264是MAXIM公司一款可编程的开关电容有源滤波器，是专为精密的滤波器应用设计的。
引脚可编程的开关电容滤波器MAX264。
该器件内部集成了滤波器所需的电阻、电容,无需外接器件,且其中心频率、Q值及工作模式都可通过引脚编程设置进行控制。
MAX264可工作于带通、低通、高通、带陷或是全通模式下,其通带截止频率可达140kHz。
（二）MAX264结构以及引脚说明：
MAX264的结构主要由两个独立的滤波单元、分频单元、fo逻辑单元、Q逻辑单元及模式设置单元等电路组成。
·滤波器设计软件化
·中心频率32阶可控
·Q值128阶可控
·Q值与fo独立可编程
·Fo可达140kHz
·支持双电源（±5V）和单电源（＋5V）两种供电方式
·V+（10）：
供电正极，并接旁路电容尽量靠近该脚
·V-（18）:
供电负极，并接旁路电容尽量靠近该脚
·GND（19）:
模拟地
·CLKA（13）:
A单元时钟输入，该时钟在芯片内部被二分频
·CLKB（14）:
B单元时钟输入，该时钟在芯片内部被二分频
·OSCOUT（20）:
连至晶体，组成晶振电路（若接时钟信号时，该脚不连）
·INA,INB（5,1）:
滤波器输入
·BPA,BPB（3,27）:
带通输出
·LPA,LPB（2,28）:
低通输出
·HPA,HPB（4,26）:
高通/带陷/全通输出
·M0,M1（8,7）:
模式选择,+5V高，-5V低（双电源供电模式）
·F0-F4（24,17,23,12,11）:
时钟与中心频率比值（FCLK/f0）编程端
·Q0-Q6（15,16,21,22,25,6,9）:
Q编程端
（三）引脚图：
（四）原理：
1、模式选择
对M0、M1两个管脚编程可使芯片工作于模式1、2、3、4几种方式,
对应的功能如表1所示。
（1）模式一：
当我们要实现全极点低通或带通滤波器（如：
切比雪夫、巴特沃斯滤波器）时这种模式是很有用的，有时该模式也用来实现带陷滤波器，但由于相关零极点位置固定，使得用作带陷时受到限制。
（2）模式二：
模式2用于实现全极点低通和带通滤波器，与模式1相比该模式的优点就是提高了Q值而降低了输出噪声，该模式下fclk/fo是模式1的{1}\over{\sqrt{2}}，这样就延宽了截止频率。
（3）模式三：
只有该模式下可实现高通滤波器，该模式下最高时钟频率低于模式1。
（4）模式四：
只有该模式下才可以实现全通滤波器。
2、时钟与中心频率比值
3、Q值表：
（五）设计思路：
在设计中，首先根据所需的频率响应特性,确定出品质因数（Q）及截止频率,由Q值进而确定N出值:
Q=64/（128-N） 模式1,3,4时;
Q=90.51/（128-N） 模式2时;
也可以由Q值查表3得出N,得到后,进而可以求出fclk/f0值:
fclk/f0=兀（N+13）模式1,3,4时;注：
兀读pai值取3.14
fclk/f0=兀（N+13）/厂2模式2时（注：
1/厂2：
根号二分之一）;
因为时钟频率fclk是已知的,所以即可求出f0。
由图2为低通、带通、高通时通带示意图,几种情形下的参数对应式如下:
（六）计算公式：
（七）设计注意事项：
1、关键参数的解释：
Q和截止频率ω0是什么——即在传递函数H（s）中的位置。
二阶低通滤波器的传递函数为：
H（s）=A/（s^2/ω0^2+s/ω0/Q+1）
从中可以看出Q和ω0的定义。
将jω带入s得：
H（jω）=A/（-ω^2/ω0^2+jω/ω0/Q+1）
当ω=ω0时，有：
H（jω0）=-jAQ
即|H（jω0）|=AQ，增益是直流增益A的Q倍。
这就是Q和ω0的意义。
2、硬件电路的注意事项：
本设计最终采用双电源对芯片进行供电，因为一开始的单电源供电电路中的加法器没有起到相应的作用，所以采用了双电源供电。
最终的程控部分采用了拨码开关进行控制，相对简单，但是缺乏一定的灵活性。
因为时间有限，所以未再试验用单片机进行相应的控制。
在接下来的实践过程中，将采用MSP430单片机和CPLD进行相应的改进，使得系统更加的灵活，以达到更好的可控性。
（八）单电源供电电路图：
（九）典型应用（带馅滤波器）：
二、电路图
（一）模块实物图：
（三）模块框图：
1、硬件模块框图：
三、连接及测试结果
（一）测试仪器清单
序号
仪器名称
型号
1
信号发生器（数字）
RIGOLDG1022
2
信号发生器（模拟）
EE1641B1
3
直流稳压电源
YB1732A3A
4
数字示波器
RIGOLDS5062M
5
数字万用表
VC930F
（二）测试方法与数据
1、测试方法：
准备阶段：
准备好测试电压模块和MAX264模块，将信号发生器（数字）调至400Khz方波输出，接入MAX264的CLKA、CLKB，将由模拟信号发生器产生的输入信号接入芯片INA端，示波器的探头接在芯片的LPA端。
调试阶段：
利用拨码开关产生控制信号，对低通滤波器的中心频率，截止频率以及Q值进行选择。
2、测试结果分析
Q=8，Fc=300Khz
Q=2，Fc=280Khz
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