现场可编程门阵列即 FPGA，是从 EPLD、PAL、GAL 等这些可编程器件的基础上进一步发展起来的。作为专业集成电路领域中的半定制电路而出现的 FPGA，不但解决了定制电路的不足，而且克服了原有可编程器件因门电路数有限的而产生的缺点。FPGA 的使用十分的灵活，同一片 FPGA 只要使用不同的程序就能够达到不同的电路功能。现在 FPGA 在通信、仪器、网络、数据处理、工业控制、军事和航空航天等众多领域有着广泛的应用。随着成本和功耗的进一步降低，将在更多的领域运用 FPGA。

TOP1 解读 FPGA 程控滤波器系统电路

滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，可用于对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除。它在电子领域中占有很重要的地位，在信号处理、抗干扰处理、电力系统、抗混叠处理中都得到了广泛的应用。而对于程控滤波器，该系统的最大特点在于其滤波模式可以程控选择，且-3dB 截止频率程控可调，相当于一个集多功能于一体的滤波器，将有更好的应用前景。此外，系统具有幅频特性测试的功能，并通过示波器显示频谱特性，可直观地反应滤波效果。

放大模块

放大模块的具体电路如图 2 所示。第一部分是一个分压网络，其中前 4 个电阻将输入信号衰减 100 倍，并与信号源内阻共同构成 51Ω阻抗，后面的 51Ω为匹配电阻。第二部分采用 OPA690 将小信号放大 2 倍，同时起到阻抗变换和隔离的作用。由于 AD603 输入阻抗为 100Ω，所以在后面串接一个 100Ω的电阻进行匹配。第三部分即为 AD603 可变增益放大，它的增益随着控制电压的增大以 dB 为单位线性增长。1 脚的参考电压通过单片机进行运算并控制 DAC 芯片输出电压来得到，从而实现精确的数控。增益 G（dB）=40VG+G0，其中 VG 为差分输入电压，范围-500～500mV；G0 是增益起点，接不同反馈网络时也不同。在 5、7 脚间接一个 5kΩ的电位器，从而改变。

高通滤波模块

LTC1068 是低噪声高精度通用滤波器，当其用于高通滤波时，截止频率范围 1Hz～50kHz，并且直至截止频率的 200 倍都无混叠现象。由于 LTC1068 的 4 个通道都是低噪声、高精度、高性能的 2 阶滤波器，因此每个通道只要外接若干电阻就可以实现低通、高通、带通和带阻滤波器的功能。具体电路如图 3 所示。其中 B 端口 Q 值 0.57，A 端口 Q 值约为 1。在电路的调试中发现，A 口的 Q 值需比 B 口 Q 值大，否则信号在截止频率处幅值会有上翘。

LTC1068 的时钟频率与通带之比为 200：1，由于 LTC1068 内部对时钟信号 CLK 二倍频，所以当截止频率最小为 1kHz 时，内部时钟频率其实为 400kHz，故在 LTC1068 后面再加一个截止频率为 450kHz 的低通滤波器以滤除分频带来的噪声及高次谐波。

低通滤波模块

用 MAX297 实现低通滤波器。开关电容滤波器 MAX297 可以设置为 8 阶低通椭圆滤波器，阻带衰减为-80dB，时钟频率与通带频率之比为 50：1。通过改变 CLK 的频率，即可满足滤波器-3dB 截止频率在 1～20kHz 范围内可调，步进 1kHz 的要求。

在使用 MAX297 时要注意的是，当信号频率和采样辨率同频，开关电容组在电容上各次采到相同的幅度为信号幅值的信号，相当于输入信号为直流的情况，使滤波器输出一个直流电平。同理，当信号频率为采样频率的整数倍时，也会出现相同的现象。为此，在其前面，要增加模拟低通滤波器，把采样频率及其以上的高频信号有效地排除。故又用一级 MAX297，截止频率设置为 50kHz。其中时钟频率设置为 2.5MHz。在其后面，也要增加低通滤波器，其截止频率为 150kHz，以滤去信号的高频分量，使波形更加平滑。具体电路如图 4 所示。

四阶椭圆低通模块

系统要求制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB 通带为 50kHz，采用无源 LC 椭圆低通滤波器来实现。用 Filter Sol uTIon 模拟仿真滤波器，随后在 Multisim 中再模拟仿真并调整电容、电感的参数使其为标称值。此外，在椭圆滤波器前后接射级跟随器避免前后级影岣。具体电路如图 5 所示。

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