1 引言

　　信號調(diào)理電路是數(shù)據(jù)采集器中不可缺少的一部分。隨著數(shù)據(jù)采集技術不斷發(fā)展,，對信號調(diào)理電路的要求也越來越高，其電路設計的優(yōu)化程度直接關系到數(shù)據(jù)采集器的精度和穩(wěn)定性,。而濾波電路則是信號調(diào)理模塊的關鍵所在,。普通有源濾波器是由運算放大器和電阻、電容組成,，但參數(shù)調(diào)整困難,，而且應用于頻率較高的場合，元件周圍的分布電容將嚴重影響濾波器的特性,，使其偏離預定的工作狀態(tài),。普通有源濾波器還因為穩(wěn)定性較差，較難實現(xiàn)窄帶寬的設計,，不易獲得高Q值,，難以滿足系統(tǒng)要求。本文設計的傳感器信號調(diào)理電路采用LTC1569型通用濾波器,，能夠高精度濾波調(diào)理傳感器輸出信號,，從而滿足數(shù)據(jù)采集器高精度和高穩(wěn)定性的要求,，與普通的有源濾波器相比。LTCl569組成的濾波器具有外接元件少,，結構簡單,，參數(shù)調(diào)整方便和穩(wěn)定性較好等優(yōu)點。

　　2 LTC1569簡介

　　LTC1569是Linear公司生產(chǎn)的十階低通濾波器,，截止頻率可調(diào),，最大截止頻率可達300 kHz(5 V供電)。它有很低的失調(diào)電流,、漂移電流和偏置電流,，并具有很寬的動態(tài)范圍。工作電壓為3 V．5 V或者±5 V,。

　　2．1 LTC1569的引腳功能

　　LTC1569采用8引腳SO封裝,，各個引腳的功能如下：

　　IN+/IN-(引腳1，2)：信號輸入端,。當信號由引腳1輸入時,，輸出直流增益為1；而由引腳2輸入時,，輸出直流增益為-1,。

　　GND(引腳3)：濾波器的參考電壓，當單5 V電源供電時,，其電壓為2 V,；當3 V電源供電時，其電壓為1．11 V,。V-/V+(引腳4,，7)：濾波器電源正負輸入端。通常,，在引腳4和引腳7之間接一只1μF的瓷片電容作為旁路電容以消除干擾,，并且該旁路電容應盡可能靠近濾波器放置。如果雙電源供電,，則引腳3接地,，引腳4與引腳3以及引腳7與引腳3之間分別接一只0．1μF的旁路電容。

　　DIV／CLK(引腳5)：時鐘信號輸入端,。該濾波器既可使用內(nèi)部時鐘,，也可使用外部時鐘。使用內(nèi)部時鐘時,，通過調(diào)節(jié)一只外接電阻改變截止頻率,；使用外部時鐘時。任何TTL和CMOS占空比為50％的方波時鐘信號源都可作為時鐘信號輸入,。時鐘信號源的供電電源不能作為濾波器的供電電源,，濾波器的模擬地必須與時鐘信號源的模擬地連接在一起,。Rx(引腳6)：在該引腳和引腳7(V+)之間接一只外接電阻Rx用以啟動內(nèi)部時鐘。該電阻值決定濾波器的截止頻率,。當該引腳接到引腳4(V-)時，內(nèi)部時鐘禁止,。OUT(引腳8)：信號輸出端,。

　　2．2 LTC1569的工作模式

　　LTC1569需要依靠一個時鐘來驅動電路，可采用外部時鐘或者內(nèi)部時鐘兩種方式,。當使用外部時鐘時只需將引腳6(Rx)與引腳4(V-)短接,。當采用內(nèi)部時鐘時，需外接一只電阻REXT,，其電路接法如圖1所示,，電阻值與截止頻率，fCUTOFF的關系是：

　　當DIV／CLK引腳短接到V-引腳時,。內(nèi)部分頻設置為1：1：當DIV／CLK引腳通過一只100 pF的電容接V-引腳時,，內(nèi)部分頻設置為1：4；當DIV／CLK引腳短接到V+引腳時,，內(nèi)部分頻設置為1：16,。

　　3 利用LTC1569實現(xiàn)抗混疊濾波

　　3．1 低通濾波電路

　　本設計要求截止頻率為2 kHz，根據(jù)外接電阻和截止頻率的關系得到外接電阻REXT=40 kΩ,，將DIV／CLK引腳短接到V+引腳,。濾波電路連接如圖2所示。

　　該電路采用單電源供電模式,，因此V+引腳接+5 V電源,，C11為電源濾波電容，以確保輸入電壓質量,。R9和R12為分壓電阻,。通過分壓得到GND引腳的參考電壓為2 V。IN+引腳為信號輸入引腳,，OUT引腳為電路輸出引腳,，通過該濾波電路即可輸出性能良好的波形。R10設置濾波器的截止頻率,，本設計要求截止頻率為2 kHz,，經(jīng)計算得到R10=40 kΩ，實驗中測量了不同頻率下LTC1569的輸入和輸出幅值,，如表1所示,。

　　由表1可以看出，當輸入頻率f=100 Hz,、f截止=200 Hz時輸出信號開始衰減,，當f=f截止=2 kHz時,，輸出信號的幅值為輸入信號的0．707倍，符合低通濾波電路的幅頻特性,，保證了濾波電路的截止頻率為2 kHz,。

　　另外，信號經(jīng)LTC1569輸出后需加入電壓跟隨器,。因為濾波器的輸出阻抗比較高,，如果后級的輸入阻抗比較小，那么信號就會有相當?shù)牟糠謸p耗在前級的輸出電阻中,，這就需電壓跟隨器進行緩沖,，降低輸出阻抗。

　　3．2 設計中注意事項

　　應用LTC1569設計低通濾波器時,，應注意以下幾個問題：

　　(1)該設計中,，LTC1569采用內(nèi)部時鐘工作方式，其電路結構簡單,，截止頻率由外接電阻決定,，因此要選取精確度至少為1％的精密電阻，調(diào)試時需要按計算值做適當調(diào)整,，以保證截止頻率的精確,。另外當采用單+5 V電源供電時，該外接電阻的阻值范圍應在3．8~40 kΩ,。

　　(2)采用單+5 V電源供電,，因此V-引腳接地，GND引腳通過分壓電阻分壓獲得一個2 V的參考電壓,。GND引腳與V-引腳需要接一只1μF的電容,。

　　(3)信號經(jīng)低通濾波器后輸出波形相位通常與原來的信號不一致，輸入信號與輸出信號之問容易產(chǎn)生相移,，為了消除相移而又不影響輸出信號的幅值,。可在濾波輸出后級加等幅的移相電路,。

　　4 實驗結果分析

　　根據(jù)以上分析,，利用LTC1569搭建濾波電路。根據(jù)輸出要求,，截止頻率設定為2 kHz,，外接電阻阻值為40 kΩ，采用單5 V電源供電,，上電后測量濾波電路的截止頻率,，GND引腳電壓為2 V，符合LTC1569的工作要求,。另外,，在實驗中還使用M AX291濾波器設計濾波電路,，用以對比2種濾波器件的濾波效果。MAX291是八階開關電容低通濾波器,，其使用方法與LTC1569基本相同,，工作電壓為+5 V或者±5 V，可以采用外部時鐘和內(nèi)部時鐘兩種方式,，若使用內(nèi)部時鐘,，只需外接一只電容器。

　　現(xiàn)采用某傳感器信號作為輸入信號,，經(jīng)設計的濾波電路后由數(shù)據(jù)采集器進行采集,，得到實驗結果：圖3a為未使用LTC1569進行濾波采集到的信號波形,，圖 3b為使用LTC1569進行濾波采集到的信號波形,，圖3c為使用MAX291進行濾波采集到的信號波形。從圖3中可以看出,。使用LTC1569進行濾波后的波形比較平滑,，而使用MAX291進行濾波后信號則出現(xiàn)嚴重十擾。實驗證明LTC1569濾波電路對信號具有很好的濾波效果,，高頻噪聲通過該濾波電路后可以完全濾除,。但輸出波形與輸入波形存在相位偏移，這可以通過后置等幅相移電路進行修正,。

　　5 結論

　　LTC1569低通濾波器可廣泛應用于精度要求較高的系統(tǒng)中,，與傳統(tǒng)有源濾波器相比，LTC1569實現(xiàn)抗混疊濾波器具有巨大的優(yōu)勢,，由于它可通過一只外接電阻來設置截止頻率,，使用起來非常方便靈活。由此可見,，LTC1569在信號調(diào)理電路中具有廣泛的應用前景,。