【摘要】本系统以Altera公司的FPGA和Nois II为核心，采用运算放大器和模拟开关作为前级小信号放大器，以电流型DAC TLC7528等效为可变电阻，通过模拟电路构建传递函数实现可编程滤波，并通过FPGA查找表的方法数字合成正弦波通过DAC输出，构建了一个放大、滤波和扫频测试综合性系统。可应用与现代测量和各种数据采集系统中。
【关键词】FPGA；程控滤波；数字合成；扫频测试
1.引言
放大器和滤波器是现代电子系统的重要组成部分，其性能指标的优劣直接决定整个系统的性能。传统的放大器和滤波器大部分是固定放大倍数和固定的截止频率。在许多工程领域中，信号频率范围是动态的，约在几Hz到几十KHz之间，若按最大信号带宽下选择运算放大器的性能，会造成在较低信号频率下功耗浪费，因此需要可变截止频率的滤波器进行滤波。
本系统利用运算放大器、FPGA、D/A和LCD等核心器件设计程控滤波器和扫频测试仪，其中扫频测试仪可用于对滤波器的测试。输入为mV级信号，电压增益60dB，10dB可调，误差小于2%。高通、低通滤波器的截止频率在1kHz～30kHz，1kHz可调，误差小于2%。
2.系统结构设计与理论分析
2.1 系统结构框图
本系统主要由可控放大电路、滤波电路、正弦信号产生电路和FPGA构成，其系统框图如图1所示。前级程控放大采用继电器来选择放大器的反馈电阻以实现不同的增益，滤波器采用电流型DAC构建传递函数实现[1]，该方法便于控制而成本较低，正弦信号产生采用FPGA查找表的方法[2]，能得理高精准的频率。控制核心采用NIOS，无需复杂的外路电路与FPGA进行通讯。
5.结论
本文通过电流型DAC等效为可变阻器来构建传递函数来实现可编程滤波器，在参数的选择中通过品质因数来选择滤波器的特性，得到了相应的线性函数，从而有效的确定了参数，在硬件实际测试中得到了很好的线性度。采用FPGA查找表的方法直接数字合成正弦波，该方法所得到的正弦波频率精度高，波形稳定。通过合成信号对程控滤波器进行扫频测试，并在实际焊接电路中实现，测试该可编程滤波器，前级的小信号增益可达1000倍，10dB步进。整个系统的构建可用于工程中信号的放大，滤波和检波处理，而实现了智能化的控制。
参考文献
[1]朱全辉，瞿安连.用于电生理信号测量的滤波器设计[J].北京生物医学工程，2006，25（2）：130-132.
[2]夏雨闻..Verilog数字系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[3]康华光，陈大钦，张林.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.
[4]张新喜，许军.基于SOPC技术的直接数字频率合成器设计[J].国外电子测量技术，2005，24：19-23.
[5]常新华，王洪刚，于永江等.一种程控放大滤波器设计[J].四川师范大学学报，2009，32（3）：381-385.
[6]蔡伟纲.Nios II 软件架构解析[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.
作者简介：熊炫，男，工学博士，工程师，现供职于华中科技大学光学与电子信息学院，主要从事电子科学与技术及集成电路专业的实验教学及研究工作。
推荐访问:滤波器 测试仪 设计 AlteraFPGA QuartusII