黃世回，王汝鋼

　?。ㄉ钲谄盏摽浦悄軝z測(cè)設(shè)備有限公司,，廣東 深圳 518067）

　　摘要：針對(duì)多頻點(diǎn)蓄電池內(nèi)阻測(cè)試法雙低頻測(cè)試信號(hào)濾波問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于MAX267有源帶通濾波器芯片的可選頻4階切比雪夫帶通濾波器,。通過(guò)改變基準(zhǔn)輸入時(shí)鐘頻率信號(hào),，實(shí)現(xiàn)帶通濾波器通帶中心頻率的切換。詳細(xì)介紹了這種前置變頻帶通濾波器級(jí)聯(lián)方式,、切比雪夫?yàn)V波器選型配置,、可編程引腳Fn、Qn的配置方法,、外圍級(jí)聯(lián)電路計(jì)算以及可變基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生方法,。外圍電路十分精簡(jiǎn)，各中心頻率通帶幅頻性能良好,，滿足工程需求,。

　　關(guān)鍵詞：MAX267；多頻點(diǎn)測(cè)試,；可編程濾波器,；帶通濾波器；切比雪夫?yàn)V波器,；蓄電池內(nèi)阻

0引言

　　蓄電池Thevinen模型的蓄電池內(nèi)阻是反映蓄電池狀態(tài)的重要參數(shù),。目前多頻點(diǎn)內(nèi)阻測(cè)試法是辨識(shí)該模型先進(jìn)有效的技術(shù)。參考文獻(xiàn)［1］詳細(xì)介紹這種方法的原理,。Thevene模型中的極化電阻和極化電容對(duì)測(cè)試信號(hào)極為敏感,，需要窄通帶幅頻好的濾波器,。采用集成運(yùn)放芯片LM324N設(shè)計(jì)帶通濾波單元，只能滿足單一中心頻率帶通濾波,，對(duì)于不同頻率點(diǎn),，需要重復(fù)設(shè)計(jì)兩個(gè)以上濾波電路單元，且由于外圍RC元器件太多［24］,，使得一致性很難把握,，濾波器的中心增益變化，導(dǎo)致測(cè)出的阻值過(guò)于波動(dòng),，進(jìn)而惡化了儀器的空間布局,。因此，選用有源濾波芯片MAX267,，設(shè)計(jì)可選頻帶的帶通濾波器,，極大地縮小了電路空間布局，適合手持便攜式的內(nèi)阻測(cè)試儀的技術(shù)要求,。

1有源濾波芯片MAX267簡(jiǎn)介

　　1.1MAX267芯片簡(jiǎn)介

　　MAX267是美國(guó)Maxim公司推出的CMOS雙二階開(kāi)關(guān)電容有源濾波器芯片,，應(yīng)用廣泛。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如示,。芯片內(nèi)部包含兩個(gè)獨(dú)立且性能相同的二階濾波單元,，可通過(guò)外圍匹配的電阻電容構(gòu)成級(jí)聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)4階,、6階,、8階甚至更高階的多級(jí)反饋帶通濾波器，可實(shí)現(xiàn)切比雪夫,、巴特沃斯,、貝塞爾、橢圓等類(lèi)型［5］,。

　　濾波芯片的中心頻率f0和品質(zhì)因數(shù)Q可以通過(guò)相應(yīng)功能引腳進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn),。芯片的外部輸入時(shí)鐘fCLK范圍為40 Hz~4 MHz，由Fn系列引腳編碼配置來(lái)決定輸入時(shí)鐘頻率與中心頻率的比值M,，中心頻率可以選擇的范圍為0.4 Hz~40 kHz,。品質(zhì)因數(shù)Q值由Qn系列引腳控制。對(duì)這些功能引腳的編碼配置,，可改變參考時(shí)鐘頻率輸入,，方便靈活地設(shè)計(jì)相應(yīng)的中心頻率和品質(zhì)因數(shù)的帶通濾波器。

　　1.2帶通特性

　　帶通的傳遞函數(shù)如下：

　　其中：HOBP是帶通輸出在ω=ω0 處的增益,。

　　中心頻率f0：

　　MAX267只有模式1的工作狀態(tài),，有最高的帶寬選擇，帶通濾波器的中心頻率的增益HOPB僅由Q決定。

2基于MAX267可選頻帶通濾波器設(shè)計(jì)

　　2.1Fn,、Q值與濾波電路計(jì)算

　　設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)從2.5 Hz,、5 Hz 選擇其一作為第一頻，第二頻率為10 Hz,，通帶最小帶寬BW分別為5±0.5,、10±0.8、15±1 Hz,。選k=4階切比雪夫型帶通濾波器,，通帶波紋1 dB，通帶的幅頻特性要求平緩,，有非常優(yōu)質(zhì)的噪聲性能［6］,，過(guò)渡帶較窄。電路圖如圖2所示,。以下計(jì)算以中心頻率2.5 Hz為例,。

　　(1)總品質(zhì)因數(shù)QF：

　　QF=f0BW=2.5 Hz5 Hz=0.5

　　查MAX267芯片手冊(cè)的Q取值表，取0.504最為接近,，則Qn的編碼Q0~Q6為：1000000,。4階切比雪夫?yàn)V波器補(bǔ)償系數(shù)為K0=1.093 0,，K2=1.503 9,，KQ=1.821 9。

　　(2)二階單元品質(zhì)因數(shù)QR

　　QR=QF×KQ=0.5×1.821=0.909

　　(3)外圍級(jí)聯(lián)電阻

　　R2=K2RF(QR2)2=1.503 9×10(0.9092)2=3.1 kΩ

　　常規(guī)取RF=10 kΩ,；濾波器增益HOBP=1,。

　　(4)電容C6取值3 pF，2.5 pF~10 pF之間,。

　　R0=K0RF(QR2)m/HOBP=1.093 0×10(0.9092)2=2.26 kΩ(5)

　　由于MAX267只工作在模式1情況下,，參照芯片手冊(cè)，取fCLK /f0=100.53,，相應(yīng)Fn 腳的編碼F0~ F4為：00000,。

　　2.2時(shí)鐘fCLK

　　MAX267是利用M=（fCLK/f0）的比例倍數(shù)選擇中心頻率。時(shí)鐘的精確度影響到中心頻率的偏移程度,。這里利用單片機(jī)的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器T0,，通過(guò)相應(yīng)配置，產(chǎn)生250,、500,、1 000 Hz的PWM時(shí)鐘fCLK信號(hào)［7］，實(shí)現(xiàn)了可選中心頻率的功能,。圖3為fCLK=250 Hz的PWM波時(shí)鐘信號(hào),。

3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

　　用頻率發(fā)生器給出基帶信號(hào)，通道CH1檢測(cè)濾波器輸出信號(hào)，通道CH2檢測(cè)輸入基帶信號(hào),。調(diào)節(jié)頻率發(fā)生器輸出的頻率,，驗(yàn)證濾波器的通帶效果。圖4,、圖5給出了中心頻率點(diǎn)衰減3 dB上下截止頻率點(diǎn)的波形圖,。CH2輸入信號(hào)的VPP為5 V±0.15 V。

　　從圖4的波形圖可以看出,，中心頻率2.5 Hz濾波器輸出信號(hào)峰峰值幅度有所衰減,，從5 V衰減到3.52 V，左半邊通帶的波形有失真現(xiàn)象,。圖5中,，5 Hz的濾波器中心頻率點(diǎn)偏移微小，中心頻率點(diǎn)的幅度幾乎沒(méi)有衰減,。由于外圍的元器件實(shí)際參數(shù)值與理論計(jì)算值有誤差,，實(shí)際生成時(shí)鐘信號(hào)頻率與理論計(jì)算值有微小偏差，綜合造成了濾波器中心頻率點(diǎn)極微小的偏移,，但是仍然是屬于通帶范圍內(nèi)的,。由于Q值固定，帶寬隨著中心頻率點(diǎn)變化而改變,。比較3 dB處的上下截止頻率,，2.5 Hz與5 Hz的波形，5 Hz明顯優(yōu)于2.5 Hz,，所以內(nèi)阻測(cè)試信號(hào)的第一頻率選擇5 Hz較為合適,。表1給出了通帶數(shù)據(jù)。

　　表1中,，中心頻率2.5 Hz的帶通濾波器的帶寬約為4.6 Hz,。中心頻率5 Hz的帶通濾波器帶寬約為10.2 Hz。中心頻率10 Hz的帶通濾波器的帶寬約為圖5 f0=5 Hz通帶波形15.5 Hz,。切比雪夫?yàn)V波器的幅頻特性,，左半邊帶幅度衰減速度明顯快于右半邊帶寬幅度衰減速度，工程應(yīng)用中是滿足條件的,。

4結(jié)論

　　基于MAX267開(kāi)關(guān)電容濾波芯片,，通過(guò)單片機(jī)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生可變頻率參考時(shí)鐘fCLK，成功實(shí)現(xiàn)了可變中心頻率的切比雪夫型4階帶通濾波器,，在較窄帶寬10 Hz,、15 Hz通帶內(nèi)，中心頻率點(diǎn)附近通帶幅頻特性平緩,，滿足了多頻點(diǎn)蓄電池內(nèi)阻測(cè)試第一,、第二測(cè)試信號(hào)的濾波要求，電路精簡(jiǎn)，適合手持儀表對(duì)硬件空間緊湊的要求,。

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