2017国赛优秀作品——E题 自适应滤波器

secret

作者：王春亮 王凯隆 谢也佳

摘要
本系统以STM32F103单片机为控制核心，以AD9854为信号源发生模块，结合增益控制功能的可变增益放大器AD8368、AD8367构成可控增益放大器模块，并采用后级单电源轨对轨放大器LMH6612、后级对数检波器AD8317，配合双绞线和Wi-Fi模块实现了远程幅频特性测试。

关键词：幅频特性；远程测量；压控；无线传输

一、方案论证与比较
1.方案比较与选择
1）信号源方案比较与选择
本答品喜秘思高蓝DA.产生。通过DS算法产生信号。如DAc5672，其更新速率高达275N。其缺率较高。因此，该方案不适合本题使用
方案二：采用集成DDS芯片产生。采用集成DDS芯片产生信号，如AD9854。使用集成D0S芯片的优点是不仅保证了题目要求的输出频率范围，还保证了输出电压峰峰值在5-100 mV可调。其使用灵活，配置更加简便。使用单片机控制DDS芯片产生所需的信号，能够更有效地保证输出信号的准确性。
考虑到本题要求的频率范围、电压峰峰值范围，本设计选用方案二。

2）可变增益放大器方案比较与选择
方案一：切换电阻衰减网络。采用固定增益放大，切换衰减网络。首先由放大器级联实现固定增老放大，再由继电器切换衰减网络实现增益控制。该方案中的衰减网络由纯电阻搭业.其优点是噪声小、成本低；但缺点是增益调节精度受限于电阻值精度，且引入电子开关，电路复杂，挡位数量有限，无法实现题目要求的增益连续可调。
压，易整

二、采用压整增益放大器VGA。
选用宽带、线性品dB VGA，通过滑动变阻器调节控制电压从而改变增益。例如，AD8368的带宽高达800M上，增道调节通围为-12~20dB，线性dB调整比例为37.5dB/V。其优点是增益控制简单灵活，带宽高，并且可连续调节。·
考虑到本题的带宽要求、增益范围和连续调节，本设计采用方案二。

2.系统总体方案
系统主要由信号源、放大器、信号测量电路，信号传输电路、单片机控制电路及显示模块5个部分组成。整个系统由+5V单电源供电。系统总体框图如图1所示。

由单片机控制DDS产生信号输入到放大器中。可控增益模块由AD8368和AD8367级联而成。放大器输出后接对数检波，把幅值信息传递给单片机。两单片机通过双绞线通信，并通过Wi-Fi模块实现与笔记本电脑的通信，显示波形信息。

二、理论分析与参数计算
1.放大器设计
为了满足题目要求0~40dB连续可调，选择富带模拟线性dB增益控制功能的可变增益放大器AD8368（-12~22dB可调）和AD8367（-2.5～42.5dB可调），两级级联可实现79dB增益调节动态范围。考虑到题目要求放大器输入阻抗为600 Ω.日要求放大器带宽为1~40MHz，滤波器和前后级阻抗匹配引人了多级衰减。该设计可完全满足题自要求动态可调范围。放大器最终的增益调节范围为-10~55dB，如图2所示。



2.滤波电路计算
由于题目要求运放带宽为1~40MHz，故需要在放大器设计中加入带通滤波器。本设计的低通特性由6阶无源低通巴特沃斯滤波器产生，截止频率为40NHz。高通特性由术级运放LWH6612搭建的RC滤波器提供。

3.未级放大电路计算
本题要求未级输出1V有效值，供电电源为：5V单电源供电。因此，选择的运放需要具有轨到轨、压摆率大的特性。由于前级输出最大为15Vpp，并且考虑到阻抗匹配，要达到1V有效位的输出，设置放大器放大倍数为4倍。

三、硬件电路设计
1.可变增益放大电路设计
依据数据手册，AD368增益调节范围为-12-+22dB，AD8367增益调节范用为-2.5~+42.5dB，AD8368与AD8367级联理论上可实现-14.5~64.5dB的增益范围调节，动态范围为79dB。完全满足题目要求。其增益调节华东变阻器通过分压控制，具体电路如图3所示。电容值按照手册选取。




2.放大器末级电路设计
前级最大输出为1.5Vm，为了达到题目要求的1V有效值，并且考虑到两级间的阻抗匹配，设计放大器的放大倍数为4倍。根据手册，选取Rf=750Ω，R。=250 Ω，见图4。

3.滤波电路设计
设计截止频率为40MHz的6阶巴特波斯低通LC滤波器（见图5（a））与截止披绿为1MHz的2阶有源高通滤波器（见图5（b））级联形成贷通滤波器。

fx283

这不是远程幅频特性吗，标题怎么是自适应滤波！

ys淇

fx283 发表于 2019-8-5 02:21
这不是远程幅频特性吗，标题怎么是自适应滤波！

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