一种多通道低通滤波器的制作方法

文档序号:7524296阅读:388来源:国知局
专利名称:一种多通道低通滤波器的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种低通滤波器,尤其是涉及一种多通道低通滤波器。
背景技术
多通道低通滤波器可以传送输入信号中的有用的频率成分,衰减或抑制无用的频率成分;传统的多通道低通滤波器主要有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器, 三者具有不同的通带和过渡带特性;椭圆滤波器相对于巴特沃斯滤波器,其过渡带更陡峭, 相频特性较差;切比雪夫滤波器相对于巴特沃斯滤波器,其过渡带较窄,相频特性也较差; 随着安全生产领域和监测检测领域中信号滤波要求的提高,传统的多通道低通滤波器的截止频率相对较高,其滤波精度和稳定性已越来越不能满足要求;而巴特沃斯低通滤波器在通频带上具有良好的频响特性,在桥梁、大坝、高层建筑、隧道、高速公路、电力、石油化工、 消防和暖通等安全生产领域和监测检测领域得到了快速的发展和广泛的应用。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种截止频率低、精度高、频率响应时幅度波动小、稳定性高,适用于安全生产领域和监测检测领域的多通道低通滤波器。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种多通道低通滤波器,包括电源模块,还包括低通滤波控制模块和至少一路滤波模块,所述的滤波模块包括滤波输入通道模块、有源低通滤波模块、信号放大模块、开关电容滤波模块和滤波输出通道模块, 所述的电源模块分别与所述的低通滤波控制模块、所述的有源低通滤波模块、所述的信号放大模块和所述的开关电容滤波模块连接,所述的滤波输入通道模块的信号输出端与所述的有源低通滤波模块的信号输入端连接,所述的有源低通滤波模块的信号输出端与所述的信号放大模块的信号输入端连接,所述的信号放大模块的信号输出端与所述的开关电容滤波模块的信号输入端连接,所述的低通滤波控制模块的信号输出端与所述的开关电容滤波模块的控制端连接,所述的开关电容滤波模块的信号输出端与所述的滤波输出通道模块连接。所述的有源低通滤波模块由第一运放芯片、第二运放芯片、第一电阻、第二电阻、 第一电容、第二电容和第一变容二极管组成,所述的第一运放芯片的同相信号输入端与所述的第一电阻的一端连接,所述的第一电阻的另一端与所述的第一变容二极管的阳极连接,所述的第一变容二极管的阴极接地,所述的第一运放芯片的反相信号输入端与所述的第一运放芯片的信号输出端连接,所述的第一运放芯片的信号输出端通过所述的第二电阻与所述的第二运放芯片的同相信号输入端连接,所述的第二运放芯片的同相信号输入端通过第一电容接地,所述的第二运放芯片的反相信号输入端与所述的第二运放芯片的信号输出端连接,所述的第一运放芯片的反相信号输入端通过所述的第二电容与所述的第二运放芯片的信号输出端连接,所述的第一运放芯片的负电压输入端和所述的第二运放芯片的负电压输入端分别接入-12V电压,所述的第一运放芯片的正电压输入端和所述的第二运放芯片的正电压输入端分别接入+12V电压。所述的信号放大模块由第三运放芯片、第三电阻、第四电阻、第一变阻器和第三电容组成,所述的第三运放芯片的同相信号输入端与所述的第三电阻连接,所述的第三运放芯片的同相信号输入端通过所述的第三电容接地,所述的第三运放芯片的反相信号输入端通过所述的第四电阻接地,所述的第三运放芯片的反相信号输入端通过所述的第一变阻器与所述的第三运放芯片的信号输出端连接,所述的第三运放芯片的正电压输入端接入+12V 电压,所述的第三运放芯片的负电压输入端接入-12V电压。所述的低通滤波控制模块由第一单排排针端子、第二单排排针端子、第三单排排针端子、第四单排排针端子、脚连接器、微处理器芯片及外围电路组成,所述的第一单排排针端子与所述的微处理器芯片连接,所述的第二单排排针端子与所述的微处理器芯片连接,所述的第三单排排针端子与所述的微处理器芯片连接,所述的第四单排排针端子与所述的微处理器芯片连接,所述的微处理器芯片与所述的脚连接器连接。所述的开关电容滤波模块由开关电容滤波芯片及外围电路组成。所述的电源模块由稳压电路、第一电感隔离及电容滤波电路、第二电感隔离及电容滤波电路、第三电感隔离及电容滤波电路、第四电感隔离及电容滤波电路、电压转换电路和接线端子组成,所述的稳压电路由型号为稳压芯片及外围电路组成。所述的信号放大模块和所述的开关电容滤波模块之间设置有电压跟随模块,所述的电压跟随模块的信号输入端与所述的信号放大模块的信号输出端连接,所述的电压跟随模块的信号输出端与所述的开关电容滤波模块的信号输入端连接,所述的电压跟随模块的电源输入端与所述的电源模块连接。所述的电压跟随模块由第四运放芯片、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第四电容和第二变容二极管组成,所述的第四运放芯片的同相信号输入端通过所述的第八电阻接地,所述的第四运放芯片的反相信号输入端与所述的第七电阻的一端连接,所述的第七电阻的另一端通过所述的第四电容接地,所述的第四运放芯片的反相信号输入端通过所述的第六电阻与所述的第四运放芯片的信号输出端连接,所述的第四运放芯片的信号输出端与所述的第二变容二极管的阳极连接,所述的第二变容二极管的阴极接地。与现有技术相比,本实用新型的优点在于输入信号经过滤波输入通道模块传输给有源低通滤波模块,有源低通滤波模块将接收到的电压信号传输到信号放大模块,经信号放大模块放大后传输给开关电容滤波模块,低通滤波控制模块输出PWM波控制信号到开关电容滤波模块中,开关电容滤波模块将接收到的信号放大模块的传输信号和PWM波控制信号进行比较匹配后,抑制或衰减无用的频率成分,输出有用的频率成分到滤波输出通道模块,实现低通滤波;其中有源低通滤波模块采用巴斯沃特低通滤波电路提取有用信号,抑制输入信号中的噪声干扰,信号放大模块可以放大低频小信号波形,在开关电容滤波模块中采用LTC-1164 5CSW芯片,具有较高的角频率精度和较低的温漂系数,克服频率响应时幅度波动,具有较高的稳定性,满足安全生产领域和监测检测领域的需求;另外如果在信号放大模块和开关电容滤波模块之间设置电压跟随模块,可以起到隔离缓冲作用,消除负载变化对输出信号的影响,进一步增强稳定性。

[0013]图1为本实用新型的原理框图;图2为本实用新型的电源模块的电路原理图;图3为本实用新型的滤波输入通道模块的电路原理图;图4为本实用新型的有源低通滤波模块的电路原理图;图5为本实用新型的信号放大模块的电路原理图;图6为本实用新型的低通滤波控制模块的电路原理图;图7为本实用新型的开关电容滤波模块的电路原理图;图8为本实用新型的滤波输出通道模块的电路原理图;图9为本实用新型的电压跟随模块的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。如图1所示,一种多通道低通滤波器,包括电源模块1,低通滤波控制模块6和至少一路滤波模块,滤波模块包括滤波输入通道模块2、有源低通滤波模块3、信号放大模块4、 开关电容滤波模块7和滤波输出通道模块8,电源模块1分别与低通滤波控制模块6、有源低通滤波模块3、信号放大模块4和开关电容滤波模块7连接,滤波输入通道模块2的信号输出端与有源低通滤波模块3的信号输入端连接,有源低通滤波模块3的信号输出端与信号放大模块4的信号输入端连接,信号放大模块4的信号输出端与开关电容滤波模块7的信号输入端连接,低通滤波控制模块6的信号输出端与开关电容滤波模块7的控制端连接, 开关电容滤波模块7的信号输出端与滤波输出通道模块8连接。上述具体实施例中,如图2所示,电源模块1由稳压电路13、第一电感隔离及电容滤波电路9、第二电感隔离及电容滤波电路10、第三电感隔离及电容滤波电路11、第四电感隔离及电容滤波电路12、电压转换电路14和6Pin的接线端子Jl组成,稳压电路13由稳压芯片U3及外围电路组成,其中稳压芯片U3为型号为L7805的集成芯片;稳压芯片U3的电压输出端与低通滤波控制模块6连接,电压转换电路14包括八个分别由一个电阻和一个电容连接而成的子电路,各子电路将接收到的电流信号转换为电压信号+12Vna,+12Vnb, +12Vnc, +12Vnd, _12Vna,_12Vnb,_12Vnc,_12Vnd (其中 η 彡 1)分别输出,电源模块 1 分别提供有源低通滤波模块3、信号放大模块4、低通滤波控制模块6和开关电容滤波模块7需要的士 12V电压和士 5V电压。上述具体实施例中,如图3所示,滤波输入通道模块2由2pin的接线端子J2组成, 接线端子J2接入输入信号Singlen (其中η彡1)。上述具体实施例中,如图4所示,有源低通滤波模块3采用二阶巴特沃斯滤波器电路,由第一运放芯片Al、第二运放芯片Α2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容Cl、第二电容C2和第一变容二极管Dl组成,其中第一运放芯片Al和第二运放芯片Α2分别为型号为 0Ρ177的集成芯片,第一运放芯片Al的同相信号输入端+IN与第一电阻Rl的一端连接,第一电阻Rl的另一端接入输入信号Singlen (其中η彡1)并且和第一变容二极管Dl的阳极连接,第一变容二极管Dl的阴极接地,第一运放芯片Al的反相信号输入端-IN与第一运放芯片Al的信号输出端OUT连接,第一运放芯片Al的信号输出端OUT通过第二电阻R2与第二运放芯片A2的同相信号输入端+IN连接,第二运放芯片A2的同相信号输入端+IN通过第一电容Cl接地,第二运放芯片A2的反相信号输入端-IN与第二运放芯片A2的信号输出端 OUT连接,第一运放芯片Al的反相信号输入端-IN通过第二电容C2与第二运放芯片A2的信号输出端OUT连接,第二运放芯片A2的信号输出端OUT输出信号FIRVirm(其中η彡1), 第一运放芯片Al的负电压输入端V-和第二运放芯片Α2的负电压输入端V-分别接入-12V 电压,第一运放芯片Al的正电压输入端V+和第二运放芯片Α2的正电压输入端V+分别接入+12V电压。上述具体实施例中,如图5所示,信号放大模块4由第三运放芯片A3、第三电阻 R3、第四电阻R4、第一变阻器Bl和第三电容C3组成,其中第三运放芯片A3为型号为0Ρ177 的集成芯片,第三运放芯片A3的同相信号输入端+IN与第三电阻R3的一端连接,第三电阻 R3的另一端接入有源低通滤波模块3的输出信号FIRVirm (其中η彡1),第三运放芯片A3 的同相信号输入端+IN通过第三电容C3接地,第三运放芯片A3的反相信号输入端-IN通过第四电阻R4接地,第三运放芯片A3的反相信号输入端-IN通过第一变阻器Bl与第三运放芯片A3的信号输出端OUT连接,第三运放芯片A3的信号输出端OUT输出信号FIRVoutn (其中η彡1),第三运放芯片A3的正电压输入端V+接入+12V电压,第三运放芯片的负电压输入端V-接入-12V电压。上述具体实施例中,如图6所示,低通滤波控制模块6由第一单排排针端子Ρ1、 第二单排排针端子Ρ2、第三单排排针端子Ρ3、第四单排排针端子Ρ4、脚连接器Ρ5、微处理器芯片Ul及外围电路组成,其中第一单排排针端子Ρ1、第二单排排针端子Ρ2、第三单排排针端子Ρ3和第四单排排针端子Ρ4分别为型号为Header 8H的端子,脚连接器P5为型号为AVRISP10的脚连接器,微处理器芯片Ul为型号为Atmegal28的集成芯片,第一单排排针端子Pl的pin8 pinl端与Atmegal28芯片Ul的ΡΒ(ΓΡΒ7端对应连接,第二单排排针端子Ρ2的pinfpinl端与Atmegal28芯片Ul的PC(TPC7端连接,第三单排排针端子P3的 pin8 pinl端与Atmegal28芯片Ul的PD0 PD7端连接,第四单排排针端子P4的pin8 pinl 端与 Atmegal28 芯片 Ul 的 PE0 PE7 端连接,Atmegal28 芯片 Ul 的 PB1,PE0,PE1 及 VCC 端分别与AVRISP10脚连接器P5的相应端连接,其中外围电路主要由4mHz的晶振Z1、第九电阻R9和第五电容C5组成,晶振Zl的电源端VCC连接稳压电路13中的稳压芯片U3的电压输出端,晶振Zl的输出端OUT连接Atmegal28的芯片Ul的XTALl端,第九电阻R9的一端和第五电容C5的一端连接,其公共连接端接入Atmegal28芯片Ul的RESET端,第九电阻R9 的的另一端接VCC,第五电容C5的另一端接地,Atmegal28芯片Ul输出PWM波控制信号控制开关电容滤波模块7进行滤波。上述具体实施例中,如图7和图8所示,开关电容滤波模块7由开关电容滤波芯片U2及外围电路组成,其中开关电容滤波芯片U2为型号为LTC-1164 5CSW的集成芯片,滤波输出通道模块8由2pin的接线端子J3组成,开关电容滤波模块7接收到低通滤波控制模块6传输的PWM波控制信号和信号放大模块4的输出信号后,LTC-1164 5CSW芯片 U2将接收到的信号放大模块4的输出信号与PWM波控制信号匹配后,输出有用的频率成分到接线端子J3,实现低通滤波,其中LTC-1164 5CSW芯片U2的角频率精度可以达到0. 03%, 温漂系数可以达到0. 0002DB/°C。上述具体实施例中,信号放大模块4和开关电容滤波模块7之间还可以设置有电压跟随模块5,电压跟随模块5的电源输入端与电源模块1连接,电压跟随模块5的信号输入端与信号放大模块4的信号输出端连接,电压跟随模块5的信号输出端与开关电容滤波模块7的信号输入端连接,电压跟随模块5接收信号放大模块4传输的信号,对该信号进行隔离缓冲,消除负载变化的影响后传输到开关电容滤波模块7中进行滤波处理,进一步增强了滤波信号的精度和稳定性;电压跟随模块5由第四运放芯片A4、第六电阻R6、第七电阻 R7、第八电阻R8、第四电容C4和第二变容二极管D2组成,其中第四运放芯片A4为型号为 0P177的集成芯片,第四运放芯片A4的同相信号输入端+IN通过第八电阻R8接地,第四运放芯片A4的反相信号输入端-IN与第七电阻R7的一端连接,第七电阻R7的另一端通过第四电容C4接地,第四运放芯片A4的反相信号输入端-IN通过第六电阻R6与第四运放芯片 A4的信号输出端OUT连接,第四运放芯片A4的信号输出端OUT与第二变容二极管D2的阳极连接,第二变容二极管D2的阴极接地。
权利要求1.一种多通道低通滤波器,包括电源模块,其特征在于还包括低通滤波控制模块和至少一路滤波模块,所述的滤波模块包括滤波输入通道模块、有源低通滤波模块、信号放大模块、开关电容滤波模块和滤波输出通道模块,所述的电源模块分别与所述的低通滤波控制模块、所述的有源低通滤波模块、所述的信号放大模块和所述的开关电容滤波模块连接,所述的滤波输入通道模块的信号输出端与所述的有源低通滤波模块的信号输入端连接,所述的有源低通滤波模块的信号输出端与所述的信号放大模块的信号输入端连接,所述的信号放大模块的信号输出端与所述的开关电容滤波模块的信号输入端连接,所述的低通滤波控制模块的信号输出端与所述的开关电容滤波模块的控制端连接,所述的开关电容滤波模块的信号输出端与所述的滤波输出通道模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种多通道低通滤波器,其特征在于所述的有源低通滤波模块由第一运放芯片、第二运放芯片、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第一变容二极管组成,所述的第一运放芯片的同相信号输入端与所述的第一电阻的一端连接,所述的第一电阻的另一端与所述的第一变容二极管的阳极连接,所述的第一变容二极管的阴极接地,所述的第一运放芯片的反相信号输入端与所述的第一运放芯片的信号输出端连接, 所述的第一运放芯片的信号输出端通过所述的第二电阻与所述的第二运放芯片的同相信号输入端连接,所述的第二运放芯片的同相信号输入端通过第一电容接地,所述的第二运放芯片的反相信号输入端与所述的第二运放芯片的信号输出端连接,所述的第一运放芯片的反相信号输入端通过所述的第二电容与所述的第二运放芯片的信号输出端连接,所述的第一运放芯片的负电压输入端和所述的第二运放芯片的负电压输入端分别接入-12V电压,所述的第一运放芯片的正电压输入端和所述的第二运放芯片的正电压输入端分别接入 +12V电压。
3.根据权利要求1所述的一种多通道低通滤波器,其特征在于所述的信号放大模块由第三运放芯片、第三电阻、第四电阻、第一变阻器和第三电容组成,所述的第三运放芯片的同相信号输入端与所述的第三电阻连接,所述的第三运放芯片的同相信号输入端通过所述的第三电容接地,所述的第三运放芯片的反相信号输入端通过所述的第四电阻接地,所述的第三运放芯片的反相信号输入端通过所述的第一变阻器与所述的第三运放芯片的信号输出端连接,所述的第三运放芯片的正电压输入端接入+12V电压,所述的第三运放芯片的负电压输入端接入-12V电压。
4.根据权利要求1所述的一种多通道低通滤波器,其特征在于所述的低通滤波控制模块由第一单排排针端子、第二单排排针端子、第三单排排针端子、第四单排排针端子、脚连接器、微处理器芯片及外围电路组成,所述的第一单排排针端子与所述的微处理器芯片连接,所述的第二单排排针端子与所述的微处理器芯片连接,所述的第三单排排针端子与所述的微处理器芯片连接,所述的第四单排排针端子与所述的微处理器芯片连接,所述的微处理器芯片与所述的脚连接器连接。
5.根据权利要求1所述的一种多通道低通滤波器,其特征在于所述的开关电容滤波模块由开关电容滤波芯片及外围电路组成。
6.据权利要求1所述的一种多通道低通滤波器,其特征在于所述的电源模块由稳压电路、第一电感隔离及电容滤波电路、第二电感隔离及电容滤波电路、第三电感隔离及电容滤波电路、第四电感隔离及电容滤波电路、电压转换电路和接线端子组成,所述的稳压电路由型号为稳压芯片及外围电路组成。
7.根据权利要求广6中任一项所述的一种多通道低通滤波器,其特征在于所述的信号放大模块和所述的开关电容滤波模块之间设置有电压跟随模块,所述的电压跟随模块的信号输入端与所述的信号放大模块的信号输出端连接,所述的电压跟随模块的信号输出端与所述的开关电容滤波模块的信号输入端连接,所述的电压跟随模块的电源输入端与所述的电源模块连接。
8.根据权利要求7所述的一种多通道低通滤波器,其特征在于所述的电压跟随模块由第四运放芯片、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第四电容和第二变容二极管组成,所述的第四运放芯片的同相信号输入端通过所述的第八电阻接地,所述的第四运放芯片的反相信号输入端与所述的第七电阻的一端连接,所述的第七电阻的另一端通过所述的第四电容接地,所述的第四运放芯片的反相信号输入端通过所述的第六电阻与所述的第四运放芯片的信号输出端连接,所述的第四运放芯片的信号输出端与所述的第二变容二极管的阳极连接,所述的第二变容二极管的阴极接地。
专利摘要本实用新型公开了一种多通道低通滤波器,包括电源模块、低通滤波控制模块和至少一路滤波模块,滤波模块包括滤波输入通道模块、有源低通滤波模块、信号放大模块、开关电容滤波模块和滤波输出通道模块,电源模块分别与低通滤波控制模块、有源低通滤波模块、信号放大模块和开关电容滤波模块连接,滤波输入通道模块与有源低通滤波模块连接,有源低通滤波模块与信号放大模块连接,信号放大模块与开关电容滤波模块连接,低通滤波控制模块与开关电容滤波模块连接,开关电容滤波模块与滤波输出通道模块连接;优点是噪声容限大且抗干扰能力强,精度高,截止频率低,且频率响应时幅度波动小、稳定性高。
文档编号H03H9/56GK202218204SQ20112032744
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者冷志鹏, 李宏伟, 梁晓斌 申请人:宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司
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