基于开关电容滤波器的程控滤波系统设计

"本文介绍了一种程控滤波器的设计方案，主要探讨了三种不同的滤波电路方案，并选择了开关电容滤波器作为核心电路。系统由截止频率可控的滤波器电路和人机交互模块（包括STM32单片机、按键和LCD显示屏）组成。通过外部按键输入，STM32控制滤波器的截止频率，实现程控功能。设计中还考虑了滤波器的阶数选择，以确保在2倍截止频率处的衰减大于20dB，选择了至少4阶的低通滤波器设计。MAX297作为开关电容滤波器，具有宽范围的截止频率调整能力，满足了设计需求。" 在设计程控滤波器时，通常需要权衡电路复杂度和功能实现的灵活性。在本项目中，提出了三种可能的滤波器电路设计方案。首先，方案一是采用模拟开关切换不同RC组合，但随着滤波器阶数增加，电路会变得复杂，不适合高精度控制。其次，方案二利用非易失性数字电位器改变电阻，虽然电路简单，但电阻不可连续调节，影响频率精度。最后，方案三采用了开关电容滤波器，通过控制开关频率来改变截止频率，既简化了电路设计，又便于上位机控制。因此，最终选择了MAX297开关电容滤波器作为核心元件。 系统设计分为两大部分，一部分是滤波器电路，另一部分是人机交互模块。STM32单片机扮演关键角色，接收来自外部按键的频率调节信号，通过LCD显示屏反馈信息，并生成控制信号给滤波器的外部时钟，进而改变截止频率。这种设计使得用户能够直观地通过按键调整滤波器参数，实现了直观的人机交互。 在理论分析中，滤波器的阶数对幅频响应的下降速度有很大影响。每增加一阶，滤波器的衰减速率将提升20dB/十倍频程。根据要求，设计的低通滤波器在2倍截止频率处应有超过20dB的衰减，因此至少需要4阶滤波器以满足性能指标。MAX297是一个8阶低通椭圆型开关电容滤波器，其频率范围从0.1kHz到50kHz，且在二倍截止频率处有近80dB的阻带衰减，这使得它成为实现该设计的理想选择。 这个程控滤波器项目通过巧妙地结合硬件电路设计和微控制器控制，实现了灵活且准确的滤波器截止频率调整，同时提供了友好的用户界面。这种设计思路在许多需要动态调整滤波特性的应用中具有广泛的应用价值。