八阶低通椭圆型开关电容滤波器及其应用

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:643

滤波器是电子电路中应用最广泛的器件之一，从简易的电阻电容模拟滤波器到复杂的数字集成电路滤波器，在高新电子产品以及智能化仪器仪表中，到处可见其活跃的身姿。max293/294/297是美国maxim公司推出的八阶低通椭圆型、开关电容滤波器，采用输入时钟频率控制输出转角频率的方式来实现对模拟信号和数字信号的滤波。可广泛地应用于小信号数据采集系统滤波、抗混迭滤波、模数变换后置滤波及声音数据信号滤波等场合，其滤波原理和设计简单，在很大程度上，将电子电路设计者从烦琐的模拟滤波器设计中解放出来。本文主要介绍其原理及其在机载式轨道质量智能监测装置中的过绝缘机信号频率滤波及模电压信号滤波中的应用。

一、基本特性

1.主要特点

(1)八阶低通椭圆型滤波器；

(2)时钟可调转角频率范围:0.1hz到25khz(max293/294)，0.1hz到50khz(max297)

(3)时钟对转角频率比：100：1(max293/294)，50：1（max297）；

(4)不需要另接外部电路；

(5) 内部或外部时钟；

(6) 可在+5v单电源或€?v双电源条件下工作；

(7)用于抗混迭或时钟噪声滤波的独立运放；

(8)8脚dip或16脚宽so封装。

2.管脚说明

8脚dip和16脚封装管脚功能如表1所示。

3.典型工作电路

典型工作电路如图1所示（针对8脚dip封装）。

二、使用说明

按照0.1hz到25khz(max293/294)或0.1hz到50khz（max297）的转角频率构成。max293/297的1.5过渡比提供了锐变倾斜缘和-80db阻带衰减，max294的1.2过渡比则提供了最陡峭的倾斜缘和-58db阻带衰减。此三种滤波器都有固定的响应，所以设计任务仅限于选择控制着滤波器转角频率的时钟频率。此滤波器可采用一外接电容产生的内部振荡器的时钟信号，或者直接采用外接时钟信号。为了构成用于后置滤波或抗混迭的连续时间低通滤波器，maxim公司设置了一个独立的运放（非反向输入端接地），其陡的倾斜缘和高的阶次，使得该系列滤波器特别适合于需要最大通带的抗混迭以及需要滤去频率范围内紧邻信号的通讯场合。

三、应用实例

在我们研制的一装于列车机车上的实时监测报警的装置中，需对列车过机信号进行识别，以对列车位置作出准确定位。其方法是，检测机车速度可求得机车行驶里程，再通过过绝缘机信号的识别对里程进行修正和补偿。而过绝缘机信号是一包含频率信号和交流电压信号的复杂信号，在监测中必须对频率和电压信号作综合识别才能准确判断过机信号。所以在此装置中，我们采用了1片max293作为频率抗混迭滤波、1片作为小信号数据采集滤波。滤波后两信号经放大和光电隔离送至at89c55单片机进行二次处理。如图2所示（省略了max293滤波后及单片机系统部分电路）。

gj+、gj-分别为机车上过机信号的正负端，对于图2的差分放大电路可以互换。fclk和vclk为经单片机p1.5和p1.6产生的时钟信号, fclk约为50 khz～100 khz, vclk约为500 hz～1 khz。这样，过机信号经差分放大及两级运放放大后分别输入至两片max293，经fclk和vclk控制，其输出信号outf和outv的频率约为500 hz～1 khz500和5 hz～10hz。经机车上反复试验，我们选取vclk为固定值800hz，其对应的输出信号outv为频率8 hz以下，幅值12mv～1500mv的交流电压信号，将其进行a/d变换输入至at89c55单片机进行二次处理。而对于频率信号的处理，考虑机车在固定区间运行，过机信号固定为四种频率：550hz、650hz、750hz和850hz，具体是，机车上行，每过一个信号机，频率在550hz和650hz之间切换，同样，机车下行，每过一个信号机，频率在750hz和850hz之间切换。我们可通过单片机控制fclk大小而控制其输出信号的转角频率，并综合电压信号准确判断出过机点。

在实际运行中，我们通过列车公里标的初步计算，预告过机切换点，以此控制fclk，得出准确的过机点，再以过机信号来校正公里标，从而能得出较为准确的公里标，为其他项目的机车监测提供可靠的保障。