高性能数据采集系统中信号的低通滤波原理及实践

图1　MAX292低通滤波器

　　MAX292的特点及工作极限参数如下：
　　时钟可调转角频率范围： 0.1 Hz～25 kHz；
　　不需要外部的电阻器或电容器；
　　内部时钟或外部时钟；
　　时钟频率对转角频率之比: 100∶1；
　　低噪声：　-70 dB总谐波畸变+噪声(典型值)；
　　在+5 V单电源或±5 V双电源条件下运行；
　　独立的运放用于抗混叠或时钟噪声滤波；
　　8引脚双列直插；
　　绝对最大额定值：电源电压(V₊～V_-)±12 V；任一脚处输入电压，V_--（0.3 V）≤VIN≤V_＋＋(0.3 V)；连续功率损耗(T_A＝+70　℃)　727　mW；
　　工作温度范围(C级)：　0～+70　℃。
　　其频率响应曲线及相位响应曲线如图2所示(f_c=1　kHz)。

图2　MAX292频率和相位响应曲线

　　从图2(b)可以看出MAX292具有线性的相位响应，所有的频率分量被等量延迟，这对于保持输入信号的波形具有重要意义。
　　另外，MAX292低通滤波器的转角频率是通过加在引脚1(CLOCK)上的时钟信号的频率来控制的。在所研制的航空发动机CAT系统中，有时需要改变对振动信号的滤波范围。为此，采用8254定时／计数器来实现对MAX292转角频率的计算机控制。
　　为了控制MAX292的转角频率，采用8254定时计数器的工作方式3来产生加在MAX292引脚1上的时钟脉冲。8254的工作方式3为方波频率发生器，当控制字写进控制字寄存器后，输出变为高电平。在写完计数值后，计数器将自动开始对输入时钟CLK计数。在计数值完成一半时，计数器将改变输出状态，使输出OUT变为低电平，直到计数结束OUT又恢复为高电平，然后重复此计数过程。这样，就产生一个连续不断的方波，要想改变此方波信号的频率，只需向计数值锁存器重新写入计数值即可。

3　计算机控制低通滤波系统的实现
　　在以上讨论的基础上，将MAX292及8254集成于数据采集系统中，实现了对振动信号可编程控制的低通滤波。具体联接方式如图3所示(单路)。

图3　计算机控制低通滤波

　　按图3所示，若将转角频率设置为1 kHz,则要8254之OUT0输出一100 kHz的方波。这时，只要通过计算机向8254计数器的计数值锁存器写入:2M/100 000=20即可实现。
　　最后值得一提的是，以上的系统从1路扩展到多路是非常方便的，只要增加计数器及滤波器芯片的个数即可实现。另外，对滤波器的控制也可通过单片机来完成，这就使其在工业和科研领域有着广泛的应用前景。

作者单位：西北工业大学微型航空发动机研究所(710072)

参考文献

　[1]张思主编.振动测试与分析技术.清华大学出版社,1992.11
　[2]朱宏兴编.16位微型计算机原理及应用.西北工业大学出版社，1995.8
　[3]MAXIM产品资料全集(光盘版).1998