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1、基于可编程芯片 MAX262 的有源滤波器作者:罗定职业技术学院 邓重一摘要 MAX262 是美国 Maxim 公司推出的可编程开关电容型通用滤波器。本文介绍该芯片的内部结构、特性以及功能,并利用该集成电路和单片机等其他电路设计典型的滤波器应用电路。关键词 可编程 开关电容滤波器 单片机 MAX262 芯片引言 在电子电路中,滤波器是不可或缺的部分,其中有源滤波器更为常用。一般有源滤波器由运算放大器和 RC 元件组成,对元器件的参数精度要求比较高,设计和调试也比较麻烦。美国 Maxim 公司生产的可编程滤波器芯片 MAX262 可以通过编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处
2、理,且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等,可通过编程进行设置,电路的外围器件也少。本文介绍 MAX262 的情况以及由它构成的滤波器电路。1MAX262 芯片介绍MAX262 芯片是 Maxim 公司推出的双二阶通用开关电容有源滤波器,可通过微处理器精确控制滤波器的传递函数（包括设置中心频率、品质因数和工作方式）。它采用 CMOS 工艺制造,在不需外部元件的情况下图 1MAX262 引脚就可以构成各种带通、低通、高通、陷波和全通滤波器。图 1 是它的引脚排列情况。V正电源输入端。V-负电源输入端。GND模拟地。CLKA外接晶体振荡器和滤波器 A 部分的时钟输入端,在滤波器内部,时钟频率被 2
3、 分频。CLKB滤波器 B 部分的时钟输入端,同样在滤波器内部,时钟频率被 2 分频。CLKOUT晶体振荡器和 RC 振荡的时钟输出端。OSCOUT与晶体振荡器或 RC 振荡器相连,用于自同步。INA、INB滤波器的信号输入端。BPA、BPB带通滤波器输出端。LPA、LPB低通滤波器输出端。HPA、HPB高通、带阻、全通滤波器输出端。WR写入有效输入端。接 V时,输入数据不起作用;接 V-时,数据可通过逻辑接口进入一个可编程的内存之中,以完成滤波器的工作模式、f0 及 Q 的设置。此外,还可以接收 TTL 电平信号,并上升沿锁存输入数据。A0、A1、A2、A3地址输入端,可用来完成对滤波器工作
4、模式、f0 和 Q的相应设置。D0、D1数据输入端,可用来对 f0 和 Q 的相应位进行设置。OP OUTMAX262 的放大器输出端。OP INMAX262 的放大器反向输入端。 图 2 是 MAX262 的内部结构。MAX262 由 2 个二阶滤波器（A 和 B 两部分）、2 个可编程 ROM 及逻辑接口组成。每个滤波器部分又包含 2 个级联的积分器和1 个加法器。该电路的主要特性有： 配有滤波器设计软件,可改善滤波特性,带有微处理器接口; 可控制 64 个不同的中心频率 f0、128 个不同的品质因数Q 及 4 种工作模式; 对中心频率 f0 和品质因数 Q 可独立编程; 时钟频率与中心
5、频率比值（fclk/f0）可达到 1（A 级）; 中心频率 f0 的范围为 75 kHz。图 2MAX262 内部结构图 3 是控制数据输入时序。可在 WR 的下降沿经逻辑接口给滤波器 A、B 中的 fclk/f0、Q 及工作模式控制字分别赋予不同的值,从而实现各种功能的滤波。图 3 控制数据输入时序 2 电路原理及设计过程 2.1 硬件设计图 4 是按上述要求设计的滤波电路。图 4 滤波电路单片机选用 AT89C52。AT89C52 是一种低功耗、高性能的CMOS 型 8 位微型计算机;有 8 KB 的 Flash,256 B 的 RAM,32 线 I/O 口,3 个 16位定时器/计数器,
6、6 向量两级中断,1 个双工串行口;具有片内自激振荡器和时钟电路等标准功能。此外,AT89C52 设有静态逻辑,用表 1 地址分配表滤波器 A滤波器 B 数据位地址 D0D1A3 A2 A1 A0键值数据位地址 D0D1A3 A2 A1 A0键值 M0AM1B00000M0BM1B10008F0AF1A00011F0BF1B10019F2AF3A00102F2BF3A101010F4AF5A00113F4BF5B101111Q0AQ1A01004Q0BQ1B110012Q2AQ3A01015Q2BQ3B110113Q4AQ5A01106Q4BQ5B111014Q6A01117Q6B111115
7、 于运行到零频率,并支持软件选择的节电运行方式和空闲方式,使 CPU 停止工作,而允许 RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。在掉电方式下,片内振荡器停止工作。由于时钟被冻结,一切功能都停止,只有片内 RAM 的内容被保存,直到硬件复位才恢复正常工作。该电路由芯片 AT89C52 的 P1 口来控制,由单片机的 P1.0P1.5 口及 P1.7 将数据送入存储器 54HC373 存起来,再送入 MAX262。通过设置相应的参数,可实现带宽为 3050 kHz 的带通滤波。抗干扰电路选用 X25045 芯片。X25045 有三种功能：看门狗定时器、电压监测、E2PROM。看门狗电路在系
8、统出现故障,程序“跑飞”时,会产生复位信号,使系统复位。电压监测可以保护系统免受低电压状态的影响。当 VCC 降到最小 VCC 转换点以下时,系统复位,一直到 VCC 返回且稳定为止。在滤波器输出中,显示器选用大连东方显示器材公司的 EDM1601。它是 16 列1行的液晶显示器组件,与 CPU 接口简单、功耗低、编程方便。键盘操作时可能会由于逻辑输入跃变而产生某些噪声。为避免出现这种情况,在输入的数字线接有逻辑门缓冲（图 4 中未画）。2.2 软件部分采用汇编语言编程,MAX262 的地址 A0A3 与数据 D0D1 的关系如表 1 所列。由表 1 可看出,每个滤波器的工作模式、中心频率 f
9、0、品质因数 Q 值所需编程数据,均需分 8 次写入 MAX262 的内部寄存器才能完成图 5 系统主程序流程设置。系统的主程序流程（单片机主程序）如图 5 所示。首先进行初始化,然后从片内RAM 中读取新设置标志位进行判断：如果不是,给 MAX262 芯片送入滤波器所需的初始化工作参数;如果是新设置,则根据新建中断服务程序获得的键位进行处理。进行新设置时,首先根据输入的键值完成对滤波器的选择,包括滤波器 A 和B 的设置选择,以及相应滤波器的类型选择。然后,由 Q 值计算 N 并转换成二进制编程数据 Q0Q6 送片内 RAM,由输入的中心频率 f0 值计算 N1。N 为二进制数据 Q0Q6
10、对应的十进制整数,范围为 0127,共 128 级;N1 为二进制数据F0F5 对应的十进制整数,范围为 063,共 64 级。在获得 MAX262 的工作参数后,根据表 1 将这些参数转换为 8 字节的编程数据。由 AT89C52 的 P1 口通过54HC373 送入 MAX262。设置完成后,MAX262 就按照当前所需求的中心频率、Q 值和滤波器工作方式对输入信号进行滤波处理。3 应用实例下面分析由 MAX262 设计的切比雪夫 I 型四阶带通滤波器的工作情况。设计要求:中心频率 f0=40 kHz,Q=50。选晶振频率为 6 MHz,晶振二分频后为 3 MHz,即 fclk3 MHz,
11、fclk/f075.53。通过查参考文献5,可得 N1=4;通过参考文献5给出的 fclk/f0 与 F0F5 的关系表格,得到本文根据fclk/f0 计算编程数据 F0F5 的公式,即 fclk/f0 与 F0F5 的关系为：fclk/f0=40.84+1.57N1。同样,对应滤波器的 Q 值也是通过计算来获得 Q 值的编程数据 Q0Q6 的。Q 值与 Q0Q6 的关系为：Q=64/（128-N）。其工作模式为模式 2,F5F0 为 000100,品质因数 Q6Q0 为 0100000,M1M0 为 01,编程输入为 010000000010001。滤波器的传递函数为 H(s)=(kc20/
12、Q2)S2S4+(B0/Q)S3+(2+C/Q2)20S2+(B30/Q)S+40图 6 切比雪夫型四阶带通滤波器的频率响应曲线式中的 B、C 值可按上述要求算出来。图 6 是由 PSPICE 作出的该滤波器的频率响应曲线。结语采用单片机 AT89C52 完成对可编程滤波器 MAX262 的控制,能很好地实现有源滤波器的设计工作。这种程控滤波器具有使用灵活、调试容易及工作性能稳定等特点。它只要 1 片 MAX262 通过滤波器 A 和 B 的级联就能很容易完成四阶滤波器电路的设计。另外,还可以通过对 AT89C52 的 ALE 信号进行倍频和分频,实现对MAX262 的所有工作频率范围的覆盖。该电路稍加改动后,还可通过对不同参数和 N 值的设置,来实现全通、低通、高通、带阻等滤波器的设计。参考文献1 王楚,余道衡. 电子线路原理M. 北京:北京大学出版社, 19952 余永权. FLASH 单片机原理及应用M. 北京：电子工业出版社, 19973 席德勋. 现代电子技术M. 北京：高等教育出版社,19994 周宇华. 开关电容滤波器综述J. 电子科学技术,1983（10）5 刘强,郭文. MAXIM 热门集成电路使用手册M. 北京:人民邮电出版社, 1997邓重一：副教授,研究方向为检测技术、信号处理、EDA 技术、电磁兼容技术。
