用MF10实现跟踪滤波器.doc

用MF10实现跟踪滤波器 作 者： 黄金新 班 级： 电信学院仪器023班 时 间： 2005年5月13日 用MF10实现跟踪滤波器 一 引言： 通常在非电量电测中, 信号不可避免的受到各种原因产生的高频低频干扰, 为了检测被测量, 常常用到不同 的滤波器。而在某些变化范围较大的测量中,被测的信号基频变化的范围可能达到几个数量级, 普通的高低频滤波器难以胜任。为了得到不同时刻不同频率的被测信号, 设计的滤波器最好是窄带通的, 且其中心频率能跟随被测信号频率变化而变化的跟踪滤 波器。 下面用MF10来实现跟踪滤波器的原理说明： 二 跟踪滤波器的原理： 跟踪滤波就是使被跟踪频率的信号在通过滤波器时,使增益和相移保持恒定,同时使其他成分受到衰减,进而达到提高信噪比的目的。实现自动跟踪滤波的方法很多,有超外差法、N 分路方法和频控RC 常数等。用MF10来实现跟踪滤波器的方法就是利用频控RC常数法来实现的。 原理框图如图（1）所示： MF10 被测信号fs 输出信号 fo  参考信号 fr 图（1）：跟踪滤波器的原理框图 本设计中的跟踪滤波器由信号通道，MF10及倍频器等三部分组成，各部分的功能介绍如下： 信号通道：其主要的功能是放大，滤波的作用，一般被测信号多数比较微弱，且其中还包含一定的噪声成分，所以信号通道一般都需要对其进行放大并兼有抑制部分噪声或干扰。 MF10: 它是跟踪滤波器的主要部分，它必须 具备有滤波器的一切性能且其截止频率（或中心频率）能随着被测信号的中心频率的变化而变化，且在通带内的增益不会因此而改变。 倍频器： 因MF10是集成开关电容滤波器，根据Nyquist判据, 为使信号采样后能不失真地还原, 采样频率至少大于信号最高频率的两倍, 否则就会产生混叠。以开关电容取代电阻的滤波器中, 采样频率应选得比最高信号频率大20 倍以上。 三 信号通道的组成： 一般地，信号通道由低噪声前置放大器，各种有源滤波器及放大器等组成，对它的要求必须是低噪声的，有必要时也是高增益。它的组成原理框图如图2： 图（2）：信号通道的原理框图 四 MF10的工作原理及结构： （1） MF10的结构： 　M F10 通用单片开关电容滤波器是美国国家半导体公司生产的有二个独立的、极易使用的、通用型CMO S 有源滤波器。它包括模拟信号通道和时钟控制电路两大部分，其中模拟信号通道由运算放大器，加减电路，两极积分电路组成。每一级积分电路的传输函数均为w0/s,每一块MF10加上外部时钟和3～ 4 个电阻, 便可组成各种典型特性的二阶滤波器。典型的二阶滤波网络如图3 所示, 这是由积分器、求和电路以及反馈通道实现的状态变量反馈网络。如果分别从不同地方取出信号作为输出, 则有以下传递函数： 低通： H l (s) = 1/ (s2 + b1s + b2) 带通： H b (s) = s/ (s2 + b1s + b2) 高通： H h (s) = s2/(s2 + b1s + b2) 图（3）：典型的二阶滤波网络 MF10引脚图如图（4）所示，其内部结构如图（5）所示，各部分的引脚说明如表（1）所示： 图（4）：MF10的引脚图 图（5）：MF10的内部结构 （2）MF10的工作原理： MF10是一种通用型开关电容滤波器集成电路，在了解它的工作原理之前，首先要了解开关电容滤波器，下面先介绍开关电容滤波器： 开关电容滤波器的工作原理： 一般有源滤波器由运放、电阻R、电容C 组成, 开 关电容滤波器是以开关、电容代替滤波器中的电阻实 现的。而开关电容的等效电阻R与开关频率(或称采 样频率) 的高低有关，其原理图如图（6）所示： 图（6）：开关电容滤波器的原理框图 图6(a)中, Φ、/Φ（即Φ的非，下同）为相位相反的采样脉冲, 当其中一个是高电平时, 对应的MOS开关接通, 而另一个MOS开关断开,等效电路图如图6（b）所示。设Φ 的采样频率fc= 1/Tc, 在采样周期Tc 内, 当Φ为高电平,即S 在1