1.4 信號(hào)選擇電路設(shè)計(jì)

1.4.1 多路信號(hào)選擇電路

模擬開關(guān)僅僅是建立了一條可以由程序控制的信號(hào)路由通道，并且這個(gè)信號(hào)通道在切換速度、帶寬、阻抗上都與理想導(dǎo)線存在一定差距。因此，在選擇模擬開關(guān)時(shí)，必須注意需要的切換速度，通過信號(hào)的頻帶，以及開關(guān)自身阻抗等因素。

CD405x是最常見的一類模擬開關(guān)，包括八選一模擬開關(guān)CD4051、雙四選一模擬開關(guān)CD4052、三組兩路模擬開關(guān)CD4053等幾個(gè)型號(hào)。這些型號(hào)的功能特點(diǎn)基本類似，只是在通道組合上有所不同，這里選取雙四選一模擬開關(guān)CD4052做詳細(xì)介紹，其他型號(hào)讀者可以參考數(shù)據(jù)手冊進(jìn)行更具體的設(shè)計(jì)。

CD4052的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖1.22所示。CD4052模擬開關(guān)主要由電平轉(zhuǎn)換電路、二進(jìn)制譯碼電路和開關(guān)通道三部分構(gòu)成。電平轉(zhuǎn)換電路用于接收來自微控制器的3個(gè)邏輯電平信號(hào)A、B和INH，其中A和B兩位的二進(jìn)制組合經(jīng)譯碼器譯碼后用于在四個(gè)輸出通道中選擇指定的一路，INH信號(hào)為高電平時(shí)，所有輸出將被屏蔽。

若BA = 00，則X組、Y組的公共端分別與各組的通道0連通。若BA = 01，則X組、Y組的公共端分別與各組的通道1連通。BA = 10與BA = 11時(shí)與以上選通方式相似。

1.4.2 有源濾波電路

有源濾波電路通常由運(yùn)算放大器和阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其功能是允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍外的信號(hào)。對于幅頻響應(yīng)，通常把能夠通過的信號(hào)頻率范圍稱為通帶，而把衰減的信號(hào)頻率范圍稱為阻帶，通帶和阻帶的接線頻率稱為截止頻率。按照濾波器通帶和阻帶位置關(guān)系的不同，可以分為高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器四種。四種濾波器通帶與阻帶的位置關(guān)系如圖1.23所示。

理想的濾波器在通帶應(yīng)該具有固定的增益，而在阻帶增益應(yīng)該立刻降低到0。實(shí)際的濾波器往往不能達(dá)到理想效果，而是在通帶和阻帶之間存在一個(gè)過渡帶，這個(gè)過渡帶越小，也說明濾波器的選頻性能越理想。

（1）低通濾波器的設(shè)計(jì)

低通濾波器是一種抑制截止頻率以上頻帶信號(hào)通過的濾波電路。圖1.24圖是運(yùn)放構(gòu)成的典型二階低通濾波器電路，其傳遞函數(shù)為

上式表明，該濾波器的通帶增益應(yīng)小于3，才能保障電路穩(wěn)定工作。其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如下所述。

帶通增益 Aup

截止頻率

品質(zhì)因數(shù)

這種濾波器設(shè)計(jì)容易，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)間相互影響少。對于給定的截止頻率和品質(zhì)因數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)要求，很快可以設(shè)計(jì)出可用的濾波電路。例如，要求設(shè)計(jì)一個(gè)二階低通濾波器，要求截止頻率f0 = 2 kHz，品質(zhì)因數(shù)Q = 10，設(shè)計(jì)步驟如下所述。

首先選擇C = 1，則

對元件的值進(jìn)行實(shí)際選則時(shí)，可以將R的值乘以109，C的乘以10-9，可得

R= 7.96 kΩ

C=0.001 μF

根據(jù)品質(zhì)因數(shù)的要求，得到增益

則有

可以取R1= Ω10 k , Rf= 19 kΩ來實(shí)現(xiàn)這個(gè)參數(shù)。

（2）高通濾波器的設(shè)計(jì)

高通濾波器是一種允許截止頻率以上頻帶信號(hào)通過的濾波電路。圖1.25是一種常見的二階高通濾波電路。

該電路網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如下所述。

傳遞函數(shù)

通帶增益

截止頻率與品質(zhì)因數(shù)

同樣，該電路增益Aup不能大于3，否則將導(dǎo)致電路自激。其設(shè)計(jì)方法與二階有源低通濾波器類似，這里不再重述。

（3）帶通與帶阻濾波器的設(shè)計(jì)

帶通濾波器是由低通RC環(huán)節(jié)和高通RC環(huán)節(jié)組合而成的。要將高通的下限截止頻率設(shè)置的小于低通的上限截止頻率。反之則為帶阻濾波器。要想獲得好的濾波特性，一般需要較高的階數(shù)。濾波器的設(shè)計(jì)計(jì)算十分麻煩，必要時(shí)可借助于工程計(jì)算曲線和有關(guān)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。