《程控滤波器(D题)》和I题的讨论.ppt

程控滤波器（D题） 可控放大器（I题）,华中科技大学 瞿安连,关于,的讨论,1. 题目的知识范围 2. 设计重点与方法 3. 竞赛作品评述 4. 几点感想,程控滤波器（D题） 可控放大器（I题）,关于,的讨论,1. 题目的知识范围,信号放大模拟电路的核心和基础,技术指标： 基本要求 ： （1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV； （2）电压增益为40dB，增益10dB步进可调； （3）3dB通频带为100Hz40kHz； （4）放大器输出电压无明显失真。/电压增益误差不大于5%。 发挥部分 ： 电压增益为60dB， 通频带为100Hz100kHz。（ I题）,涉及的基本知识放大器的基本技术指标： 小信号放大、增益、带宽、非线性失真,1. 题目的知识范围,滤波器对信号进行处理的基本方法之一 放大器的延伸,技术指标： 基本要求 ： （1）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1k。 （2）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1k。 （3）电压增益（仅D题）与截止频率的误差不大于10%。,涉及的基本知识： 高、低通滤波、截止频率、过渡带衰减、负载,1. 题目的知识范围,滤波器对信号进行处理的基本方法之一 放大器的延伸,技术指标： D题发挥部分 ：制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏1dB，-3dB通带为50kHz，要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB，-3dB通带误差不大于5%。 I题发挥部分： （1）制作一个带通滤波器，中心频率50kHz，通频带10kHz，在40kHz和60kHz频率处，要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于45dB。 （2）上述带通滤波器中心频率可设置，设置范围40kHz60kHz，步进为2kHz。 （3）电压增益、截止频率误差均不大于5%。,涉及的基本知识： 滤波器通带、阻带特性,1. 题目的知识范围,D题发挥部分：制作一个简易幅频特性测试仪锦上添花,涉及的基本知识：（？太广了！） 信号检测、数字电路、微处理机、测量仪器 ,题目本身要求不清楚。 4天内不可能做好。 反而妨碍了对基本知识的掌握和灵活应用，应把基本要求做精做活。 利用平时训练过的已有模块拼凑（虚、不是“设计” ） 高消费。 对基本训练的干扰（兴奋点的转移）。,2. 设计重点与方法,本题基本部分涉及程控放大、程控滤波，是模拟电路、数字电路、微机接口等知识的综合应用。 重点在放大电路和滤波器电路的设计，特别是滤波电路，可能有多种实现方案。 高增益放大电路容易出现自激、噪声过大，需要有较丰富的干扰抑制的经验，必须在工艺上采取措施（布线、屏蔽等），制作有一定难度。,2. 设计重点与方法,放大器 1. 对增益带宽积进行估计决定电路的基本布局和使用的器件 电压增益：100/1000倍（40/60dB） 带宽40kHz/100kHz 增益带宽积：4MHz/40MHz/100MHz,2.放大器的输出动态范围决定电源电压 输入振幅10mV的正弦电压，增益60dB，则输出动态范围为10V，至少用12V电源。,3.输入振幅10mV的正弦电压小信号放大 必须考虑电路的布线和屏蔽措施。,解决方法： 用单级高增益带宽积的运放不推荐 利用 原理，采用多级增益带宽积较小的运放（廉价）实现 推荐,2. 设计重点与方法,滤波器 1.决定阶数过渡带特性 根据低通滤波器 “2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB ”和高通滤波器 “0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB ” 2阶足矣。,2.决定滤波器的结构类型 普通有源滤波器推荐 开关电容滤波器不推荐 只有D题发挥部分要求“四阶椭圆型低通滤波器 ”，其他对通带内外特性没有要求，这是题目的缺憾。有人钻了空子，带内特性起伏很大。,3.需要考虑负载RL=1k 输出电流大于10mA,4.实现程控 根据滤波器的结构,3. 竞赛作品评述,放大器 1.采用AD603/AD605 DAC（当然至少需要2级，甚至有3级的） 不是好方案，大概训练时已有现成模块。 2.采用AD620/IN128 仪表放大器 不是平衡输入，没有必要，而且仪表放大器在带宽、动态范围受限制，价格昂贵。,3. 竞赛作品评述,其实采用LF353、LF347做两级放大就可以做出满足指标的放大器，如图(a)，但要注意接法： (a) 正确接法 (b) 不良接法,3. 竞赛作品评述,滤波器 1.采用开关电容滤波器MAX262、 MAX263 、 MAX264 、MAX297 不是好方案，思路太受局限。当时把市场价抬高数倍（200多元/片？） 动态工作范围小于10V 需要把信号电压放大又衰减然后再次放大。 输出信号中模拟开关引起的尖峰干扰很难消除 2.采用继电器来切换电阻、电容，实现40种频率带宽 不可能很好实现，这么多元件，分布参数干扰了滤波。 3.模拟开关不宜采用CD4051/2/3 工作电压：015V，与运放电压、信号电压不匹配。 74HC4051更不可用。应当用DG系列和MAX系列。,3. 竞赛作品评述,好方案在这里：一个电路可实现低通、高通、带通。,3. 竞赛作品评述,采用mDAC构成一阶低通滤波器的原理： 瞿安连. 应用电子技术. 科学出版社，2003,3. 竞赛作品评述,二阶低通滤波器电路：,一篇小论文：,用TLC7528实现 是TI公司的产品 性能指标完全相同,参数计算：,3. 竞赛作品评述,康华光主编的第五版电子技术基础模拟部分的第9章给出了二阶低、高通滤波器的典型传递函数： 两式中,c=1/(RC)为特征角频率，也是3dB载止角频率，而Q则称为等效品质因数。,更简单的程控二阶滤波器电路一片8403和一片四运放,3. 竞赛作品评述,椭圆滤波器的两个方案： 有源： 无源： （有个错误）,3. 竞赛作品评述,椭圆滤波器设计的参考文献： 1 D. E. 约翰逊. 有源滤波器精确设计手册. 电子出版社 2 M. S. 高西、 K. R. 莱克. 现代滤波器设计. 科学出版社.,4. 几点感想,1.警惕锦标主义（苗头？）源于竞赛与保研、职称、业绩等利益的挂钩不如开始几届竞赛朴实： 得奖成为唯一目的，一旦没有奖，就觉得工作没意思。 2.作品越来越豪华，设计脱离实际，只知道要用最好的芯片，不考虑实用和成本。 3.思维不开阔，缺乏创新性。只会将几个训练过的模块拼凑起来，而不是真正的“设计”，同一学校内作品的相似性变大。单一模式的训练禁锢了学生的思想，妨碍了创新精神的发挥。建议加强“为什么这样做”的训练，