基于单片机控制的程控有源滤波器电路

基于单片机控制的程控有源滤波器电路

有源滤波器广泛应用于数字信号处理、通信、自动控制领域，但设计可变宽频带有源滤波器则比较困难。利用单片机控制参数可编程的双二阶通用开关电容有源滤波器，精确设置有源滤波器的中心频率f0，品质因数Q及有源滤波器的工作方式。

2 开关电容有源滤波器工作原理

开关电容有源滤波器的基本原理是在电路两节点之间接具有高速开关的电容器，等效于两节点之间连接一只电阻。图1(a)是一个有源RC积分器，图1(b)是采用一只接地电容C1和CMOS开关T1、T2替代输入电阻R1。图1(c)是不重叠的两相时钟脉冲，用于驱动T1、T2。时钟频率fCLK高于信号频率。当φ1为高电平时，T1导通(视短路)而T2截止(视开路)，此时C1与输人信号V1相连并充电(如图1(d)所示)，即有电荷qc1=ClV1。当φ2为高电平时，T1截止而T2导通，此时C1与输入信号V1断开而接至运算放大器的输入端，C1放电，充电电荷qc1传输至C2。每一时钟周期TC内，从信号源提取的电荷qc1=C1V1提供至积分电容器C2。因此，在节点1、2之间流过的平均电流为iav=C1V1／TC。若TC足够短，可近似认为这一过程是连续的，因而可在两节点间定义一只等效电阻Req，即Req=VI／iav和Req=TC／C1。这样可得到等效积分器时间常数τ，即τ=C2Req=TcC2／C1。显然，滤波器频率响应的时间常数τ取决时钟周期TC和电容比值C2／C1，而与电容的绝对值无关，集成电路工艺制作小容量电容易于实现。当电容比值恒定时，改变时钟频率，就可改变滤波器的截止频率，即开关电容滤波器的基本工作原理。