状态变量滤波器作用PPT课件

这是一个关于状态变量滤波器作用PPT课件，包括了概述，低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器，开关电容滤波器和状态变量滤波器，可编程滤波器等内容，6.1 概 述 6.1.1 滤波器的分类 6.1.2 集成有源滤波器的特点 6.1.3 典型滤波器的传递函数 6.1.4 传递函数的幅度近似 6.1.5 有源滤波器的设计步骤 6.1.2 集成有源滤波器的特点 ①在制作截止频率或中心频率较低的滤波器时，可以做到 体积小、重量轻、成本低。②无需阻抗匹配。③方便制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器。④受电磁干扰的影响小。⑤由于采用集成电路，可避免各滤波节之间的负载效应而使滤波器的设计和计算大大简化，且易于进行电路调试。⑥在实现滤波的同时，可以得到一定的增益。例如低通滤波器的增益可达到40dB。2.缺点 ⑦如果使用电位器、可变电容器等，可使滤波器的精度达到0.5％。⑧由于采用集成电路，所以受环境条件（如：机械振动、温度、湿度、化学因素等）的影响小，欢迎点击下载状态变量滤波器作用PPT课件哦。

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6.1 概 述 6.1.1 滤波器的分类 6.1.2 集成有源滤波器的特点 6.1.3 典型滤波器的传递函数 6.1.4 传递函数的幅度近似 6.1.5 有源滤波器的设计步骤 6.1.2 集成有源滤波器的特点 ①在制作截止频率或中心频率较低的滤波器时，可以做到 体积小、重量轻、成本低。 ②无需阻抗匹配。 ③方便制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器。 ④受电磁干扰的影响小。⑤由于采用集成电路，可避免各滤波节之间的负载效应而使滤波器的设计和计算大大简化，且易于进行电路调试。 ⑥在实现滤波的同时，可以得到一定的增益。例如低通滤波器的增益可达到40dB。2.缺点 ⑦如果使用电位器、可变电容器等，可使滤波器的精度达到0.5％。 ⑧由于采用集成电路，所以受环境条件（如：机械振动、温度、湿度、化学因素等）的影响小。如：集成电路在工作时，需要配备电源电路；由于受集成运放的限制，在高频段时，滤波特性不好，所以一般频率在100kHz以下时使用集成有源滤波器，频率再高时，使用其它滤波器。 6.1.5 有源滤波器的设计步骤根据对滤波器特性要求，设计某种类型的n阶传递函数，再将n阶传递函数分解为几个低阶（如一阶、二阶或三阶）传递函数乘积的形式。在设计低通、高通、带通、带阻滤波器时，通常采用频率归一化的方法，先设计低通原形传递函数。若要求设计低通滤波器时，再将低通原形传递函数变换为低通目标传递函数；若要求设计高通滤波器时，再将低通原形传递函数变换为高通目标传递函数；若要求设计带通滤波器时，再将低通原形传递函数变换为带通目标传递函数；若要求设计带阻滤波器时，再将低通原形传递函数变换为带阻目标传递函数。 各参数分别为： 与带通滤波器相反，带阻滤波器是用来抑制某一频段内的信号，而让以外频段的信号通过。 带阻滤波器分两类： ①窄带抑制带阻滤波器(简称窄带阻滤波器)； ②宽带抑制带阻滤波器(简称宽带阻滤波器)。窄带阻滤波器用带通滤波器和减法器电路组合实现。通常用作单一频率陷波，又称陷波器。宽带阻滤波器用低通滤波器和高通滤波器求和实现。 6.6 开关电容滤波器和状态变量滤波器开关电容网络（Switched Capacitor Network 缩写为SCN）是用开关电容来取代电阻一种新型电路。 COS工艺制作电阻缺点:芯片面积大，温度系数及电压系数大，电路功耗大，阻碍超大规模小型化。开关电容滤波器是一种脉冲采样数据滤波器，是一种工作在离散域中的模拟滤波器，是将连续信号作离散处理。多数开关电容滤波器是以有源RC滤波器或无源RLC滤波器为原型，将其中的电阻用开关和电容代替而构成。 3. SC电阻的优点 ①SC电阻占用的芯片面积小。如：以10M的电阻为例，在集成电路中直接制作电阻需占用1mm2芯片面积，而用SC电阻(选取C = 1pF、fc = 100kHz)仅占用0.01mm2，且SC电阻阻值越大，SC电阻中所需的电容C越小。 ②并联型开关电容的功耗较小。 ③MOS电容的温度系数和电压系数小，稳定性好。 ④若用SC电阻代替电阻R，则时间常数RC仅与电容 比值有关，而与它们各自的绝对误差无关。 6.6.3 开关电容滤波器的应用及限制用SCN实现的种类有开关电容滤波器、振荡器、放大器、比较器、可编程电容阵列、A/D和D/A转换器、平衡调制器、峰值检波器、整流器等。开关电容滤波器与RC有源滤波器相比，其优点是无需精确控制电容和电阻绝对值。开关电容滤波器的性能取决于电容比值和时钟频率fc。单片开关电容滤波器，有两个实际限制，即高频容限和噪声特性。高容限受最高时钟频率的限制，一般选择时钟频率不超过几百kHz。最高工作频率限制在fc/2 ，一般fc选择在比滤波器上限频率高一个数量级。单片开关电容滤波器工作频率通常限制在音频范围，即从直流到20kHz。噪声特性比相应的RC有源滤波器要差一些。是MOS运放和模拟开关噪声。为得到良好信噪比，滤波器动态范围限制在80～90dB，这对于高质量信号处理和弱信号检测是不够。对MOS电容要求是必须保证电容比正确性，并限制电容比的最大值小于20。 可编程滤波器具有如下优点： ①电路简单，根据设计要求，每个滤波单元只需外接几个元件，即可实现滤波。 ②可编程滤波器芯片是单片集成结构，高频工作时基本不受杂散电容的影响，对电阻误差也不敏感。 ③所设计滤波器的截至频率、中心频率、品质因数及放大倍数等都可有外接电阻确定，参数调整非常方便。 ④由于放大倍数可调，所以常常设计成与后续电路如模数转换器等，直接接口的形式，省去了后续放大电路。 ⑤可编程滤波器芯片一般为连续时间型，与其它滤波器相比，具有噪声低、动态特性好等优点。 ⑥生产可编程滤波器芯片的公司一般都提供专用设计软件，不需复杂计算。 1脚BPA、21脚BPB： 带通滤波器输出端。 2脚OP OUT：MAX262的放大器输出端。 3脚HPA、20脚HPB：高通、带阻、全通滤波器输出端。 4脚OP IN：MAX262的放大器反向输入端。 5脚INA、23脚INB：滤波器的信号输入端。 6脚D0、19脚D1：数据输入端，可用来对f0和Q的相应位进行设置。 7脚A3、10脚A2、13脚A1、14脚A0：地址输入端，可用来完成对滤波器工作模式、f0和Q的相应设置。 8脚CLK OUT：晶体振荡器和RC振荡器的时钟输出端。 9脚V+：正电源输入端。 11脚CLKA、 12脚CLKB：外接晶体振荡器和滤波器A、B部分的时钟输入端，在滤波器内部，时钟频率被2分频。 16脚V-：负电源输入端。 17脚GND：模拟地。 MAX262芯片的主要特性 ①配有滤波器设计软件，可改善滤波特性，带有微处理器接口。 ②可控制64个不同的中心频率f0、128个不同的品质因数Q及4种工作模式。 ③对中心频率f0和品质因数Q可独立编程。 ④时钟频率与中心频率比值(fclk/f0)可达到1%(A级)。 ⑤中心频率f0的范围为75kHz。 6.7.3 基于MAX262的程控滤波器设计实例 ①滤波器可设置为低通和高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz。低通滤波器2fc处放大器与滤波器总增益不大于30dB。高通滤波器0.5fc处放大器与滤波器总增益不大于30dB。 ②滤波器也可设置为四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz。 3. 硬件设计 6-7-4 基于MAX262的程控滤波器电路图 低通滤波功能部分，采用内部滤波器A，高通滤波功能部分，采用内部滤波器B，C点即是巴特沃兹二阶低通滤波器的输出端。D点即是巴特沃兹二阶高通滤波器的输出端。可以很好的实现设计指标。 主程序实现低通、高通和四阶椭圆型低通滤波器功能。初始化部分完成单片机外围电路的参数设置及LCD主屏显示。放大器增益参数键入后，系统通过调用前置运放增益控制子程序实现给定增益控制，并测试和显示执行结果。工作参数设置支持滤波器工作模式、滤波方式、滤波器各参数因子的设置。 fc步进设置程序完成截止频率的键入显示，并调用滤波器参数优化设置子程序，使滤波器达到给定目标频率的目标要求。设计PC端多目标参数优化程序，按要求，计算出各种状态条件下滤波器各参数因子。 表6-7-2中，步进目标fc值是键盘给定的目标步进频率值，时钟fCLK为目标控制时钟频率，计算fc值是通过滤波器特性计算出的实际截止频率，中心频率为计算出的实际中心频带位置。通过计算机软件优化筛选时，主要依据fP/fc之比尽量大，并综合考虑F和Q因子的理想取值范围。可编程滤波器芯片还有许多，如MAX274/275等，限于篇幅，不再赘述，请参阅其它相关资料。本章结束meb红软基地