[发明专利]一种应用FPAA技术的程控滤波系统

说明书

技术领域

   本发明涉及一种可以灵活实现各种性能的程控通用滤波器，属于信号处理领域。 

背景技术

随着微传感器时代的到来，对传感器微弱信号的高效处理越来越重要，在为信号的调理电路对有用信号的提取显的更为重要。目前的滤波电路主要分为两类模拟滤波和数字滤波，模拟滤波主要是分立元件和中集成规模电路构建，这种电路的设计对设计者的专业知识要求较多，对设计的工作经验要求比较高，同时调试比较困难；数字滤波首先要将信号进行模数转换，这样不可避免的丢失许多有用信息，同时数字滤波对算法要求比较高，进而这对控制器的运算能力要求更高；FPAA技术的出现很好的解决了上述问题。中国专利201020685324.0介绍了一种程控滤波装置，此专利中可以通过功能开关来实现低通、高通、带通、带阻四种滤波器，但是其不同种滤波器的切换不灵活。 

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种可以灵活设计低通、高通、带通、带阻四类巴斯沃什、切比雪夫I类、切比雪夫II类、贝塞尔以及客户自己设计的各种滤波器滤波功能，可精确设置截止频率和放大增益，适用于幅值5v以下的信号的滤波系统。 

本发明的技术方案是： 

一种应用FPAA技术的程控滤波系统，包括CPLD分频单元、单片机核心单元、FPAA滤波单元组成。CPLD分频单元包括CPLD分频器模块和JTAG接口，用于对时钟信号进行分频；单片机核心单元包括控制器单片机、下载电路、存储设备、输入设备和输出设备，用于对各个器件进行控制；FPAA滤波单元包括FPAA滤波器模块、信号预处理模块和信号后处理模块，用于实现不同性能滤波器功能。

作为本发明的进一步改进，FPAA滤波单元在不改变外围硬件电路的条件下，实现不同类型、不同种类的滤波电路。

作为本发明的进一步改进，CPLD分频单元利用CPLD可编程功能对时钟频率进行分解以满足FPAA滤波器模块设计时所需要的各种时钟频率。 

作为本发明的进一步改进，将数字集成电路和模拟集成电路相互结合。 

作为本发明的进一步改进，FPAA滤波单元中预留若干接口，用于用户对芯片内部的电路修改实现其他不同功能。 

与现有技术相比，本发明有以下优点和有益效果： 

1、本设计结构简单，设计人性化，可以根据用户的需求对滤波器的工作方式、滤波种类进行快捷设计，以实现巴斯沃什、切比雪夫I类、切比雪夫II类、贝塞尔以及客户自己设计的各类低通、高通、带通、带阻各种滤波功能。

2、本发明设计可以根据滤波信号的需求对信号进行增益设计，具体设计范围根据选择的CAB模块确定。 

3、本发明设计可以根据客户需求结合输入时钟频率和CAB模块电容值设计出各种截至频率。 

4、本设计可以实现1-8阶的各种各类滤波器，这使得其可以应用于研发实验调试及高校实验系统中去。 

附图说明

图1为本发明应用FPAA技术的程控滤波系统的整体结构框图； 

图2为电源模块原理图；

图3为CPLD分频模块原理图；

图4为单片机核心模块原理图；

图5 为FPAA滤波模块原理图。

图中：1、CPLD分频单元；2、单片机核心单元；3、FPAA滤波单元。 

具体实现方式

下面结合附图对本发明应用FPAA技术的程控滤波系统进行进一步详细描述。

本发明主要充分利用FPAA技术在线可重构技术，可以在不断电的情况下对电路的参数和结构的切换，使得电路设计比较灵活、设计范围更加广泛。 

如图1 所示，本系统主要有三部分组成，CPLD分频单元1、单片机核心单元2、FPAA滤波单元3组成。CPLD分频单元主要应用CPLD在数字分频方面的灵活性快速设计出各种分频要求的硬件电路，为FPAA芯片提供滤波设计所需的各种频率；单片机核心单元有下载电路、存储电路、键盘输入电路、LCD显示电路组成，本单元主要实现对另外两个单元的控制；FPAA滤波单元，主要是由FPAA最小系统构成，它主要实现对待处理的信号进行滤波，同时它也可以实现其他的调理功能。下面单片机以STC89C52RD+为例、CPLD以EPM3218为例、FPAA以AN221E04为例进行说明，芯片的选择依据需求进行相应的修改。