基于MSP430和MAX262程控濾波器的設計與實現

　　如圖3所示，為了得到穩定的時鐘信號源，本設計采用凌特公司LTC69034產生可控的時鐘信號給MAX262的CLKA與CLKB引腳。其輸出時鐘頻率由以下公式決定；f=2oct·207 8／（2-DAC／1024）Hz。由于LTC69034輸出頻率步進精度高，時鐘信號幅頻非常穩定，在高頻段可達到10kHz的步進。假設需要固定MAX262的fCLK與fo比率為100.53倍關系，故濾波器截止頻率可在100Hz～40kHz之間以100Hz為連續步進調節。

　　此外，在調試過程中發現若直接將MSP430控制信號與MAX262連接，會對濾波器輸出信號帶來較大的噪聲影響，因此在本設計中在MSP430與濾波器之間加上一級74HC573作為緩沖器，片選引腳OE由WR來控制，這樣濾波器輸出的信號效果得到了大大改善。

　　2. 3 幅頻特性測試模塊

　　本系統附加了幅頻特性測試擴展功能。如圖4所示為該模塊的原理框圖。當選擇幅頻特性測試菜單后，MSP430驅動DDS集成芯片AD9851產生正弦信號進行掃頻，經過被測網絡后再由有效值檢測電路進行測量。由于二極管峰值檢波電路在低頻段無法測試，故本設計采用集成芯片AD637進行有效值檢波，該芯片可在較低頻率段精確測量，最高頻率可達到8 MHz，完全滿足設計要求，檢波模塊輸出后經過單片機內部集成A／D模塊采樣后，再由MSP430驅動雙口D／A芯片TLV5618輸出并在液晶顯示幅頻特性曲線。

圖4 幅頻特性測試模塊原理框圖

　　3 軟件設計

　　本系統設計的軟件流程如圖5所示，上電后MSP430開始從系統末級通過AD采樣判斷是否有信號輸入。當經過一定時間仍沒有信號時，程序將關閉CPU，進入低功耗模式；若測得有信號輸入則利用單片機驅動液晶顯示Mode功能菜單，等待輸入選擇濾波器類型、前級程控放大器增益倍數以及濾波器的Q值、截止頻率等各種參數，通過計算后對MAX262傳輸中心頻率與品質因素數據。若用戶開始菜單選擇幅頻特性測試儀，則由MSP430程序驅動AD9851產生掃頻信號，經過被測網絡后再由MSP430F449內部集成A／D模塊采樣有效值AD637的輸出，通過計算并顯示采樣結果，得出幅頻特性曲線，并在液晶上顯示。

圖5 系統設計的軟件流程

　　4 系統性能測試

　　1）幅頻特性測試模塊性能測試

　　單片機控制9851產生掃頻信號，通過示波器觀察濾波器幅頻特性，將實測結果與幅頻特性測試模塊所得到的結果相比較，截止頻率在100 Hz～40 kHz之間幅頻特性測試誤差在1％以內。

　　2）Q值調節測試

　　Q值可由編程數據Q0～Q7控制，每個數據對應一個不同的Q值，在100 Hz～40 kHz之間設置不同的截止頻率，改變編程數據Q0～Q7，然后通過幅頻特性測試算得Q值與理論值誤差在2％以內。

　　3）截至頻率控制性能測試

　　通過改變MAX262的時鐘信號頻率fCLK和頻率控制字N來實現，設N為固定值，則截止頻率由時鐘頻率fCLK決定，fCLK由MSP430單片機控制數字頻率源LTC69034產生。經試驗證明，LTC69034輸出頻率步進精度高，在高頻段也可以達到10 kHz的步進，固定MAX262的fCLK與fo比率為100.53倍關系，測得濾波器的截止頻率可以在100 Hz～40 kHz之間以100 Hz為連續步進調節，誤差小于1％。

　　4）功耗測試

　　在實際電路系統功耗測試，整個系統在工作狀態下功耗小于60 mW，低功耗模式下功耗小于10 mW，極大地降低了系統功耗。此款低功耗程控濾波器滿足手持式裝置的低功耗要求，因此在現實設備中具有較大的應用前景。

　　5 結束語

　　本系統基于MSP430F449單片機完成對可編程濾波器MAX262的控制，能很好地實現各種有源濾波器的設計工作。這種程控濾波器使用靈活、工作穩定、信號輸出效果好，使用者可根據實際需要自行設置濾波器的Q值、截止頻率、工作方式等。系統采用LTC69034可控時鐘芯片，讓濾波器的截止頻率可以100Hz低步進調節，適用范圍更廣。前級程控放大器可達到40 dB的最大增益，故本設計可以輸入較小的信號，且最小增益步進精度可為1 dB，可由使用者自定設置。系統還擴展了幅頻特性測試模塊并在液晶顯示特性曲線。此外，MSP430具有低功耗特點，在系統超過一定時間不工作時可自行關閉CPU以節能省電，這也是本設計的最大特點之一。

參考文獻:

[1].Maximdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/Maxim_1062568.html.
[2].MAX262datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/MAX262_1015694.html.
[3].MSP430F449datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/MSP430F449_.html.
[4].LTC6903datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/LTC6903_205382.html.
[5].MSP430datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/MSP430_490166.html.
[6].VCA810datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/VCA810_689127.html.
[7].TLV5616datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/TLV5616_1095429.html.
[8].AD9851datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/AD9851_251850.html.
[9].AD637datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/AD637_121976.html.
[10].74HC573datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/74HC573_19.html.