MAX262濾波器在地下金屬管線探測儀中的應(yīng)用
摘要：基于可程控的開關(guān)電容有源濾波器MAX262，設(shè)計(jì)一種切比雪夫型多頻點(diǎn)帶通濾波器。通過對系統(tǒng)時鐘分頻和自定義時鐘，實(shí)現(xiàn)對其在地下金屬管線探測儀中所有工作頻率的覆蓋，并結(jié)合其四階傳輸函數(shù)和編程輔助軟件，給出了各個頻點(diǎn)的濾波器編程參數(shù)。實(shí)測結(jié)果表明，該多頻點(diǎn)帶通濾波器能有效處理不同頻率的信號，且濾波效果令人滿意。關(guān)鍵詞：開關(guān)電容有源濾波器；MAX262；切比雪夫型帶通濾波器；多頻點(diǎn)；地下金屬管線探測
0 引 言 管線探測儀是一種利用二次場原理進(jìn)行地下金屬管線探測的專用便攜式儀器，一般包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。其工作原理是首先由發(fā)射機(jī)將一特定頻率的信號感應(yīng)或直連到地下金屬管線上，從而在金屬管線上感應(yīng)出電流。當(dāng)感應(yīng)電流在金屬管線上傳播時，會向外輻射出電磁波。這樣，通過接收機(jī)采用不同的方法檢測地下金屬管線上輻射出來的這一特定頻率信號的強(qiáng)度，便可確定其走向及深度。 由于在探測過程中需要切換多種頻率，所以接收機(jī)的帶通濾波器必須滿足多頻點(diǎn)要求。以往采用多級選頻電路串聯(lián)或通過切換RC網(wǎng)絡(luò)的方法來實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)濾波。由于這些方法需要較多的元件，且參數(shù)調(diào)整較為困難，因此在探測儀中使用可程控的開關(guān)電容有源濾波器MAX262來實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)帶通濾波。為了提高檢測的精確度，必須使系統(tǒng)中的濾波器通帶盡量窄，即在接近通帶的止帶能產(chǎn)生最佳的衰減，并希望濾波器的階數(shù)在滿足前提條件下盡可能小。而切比雪夫型濾波器就具有上述特點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求。所以選擇了切比雪夫型濾波器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
1 MAX262簡介 MAX262是MAXIM公司推出的通用型開關(guān)電容有源濾波器，通過單片機(jī)可以精確控制濾波器的傳輸函數(shù)。該芯片采用CMOS工藝制造，無需外部元件，即可構(gòu)成巴特沃思、切比雪夫、貝塞爾、橢圓函數(shù)等類型的帶通、低通、高通、帶阻和全通濾波器。其內(nèi)部包含有兩個二階濾波器組件，并含有一個獨(dú)立的運(yùn)算放大器。其中心頻率范圍為140 kHz，輸入時鐘最大為4 MHz。通過對中心頻率和品質(zhì)因數(shù)的獨(dú)立編程，可以實(shí)現(xiàn)64級中心頻率、128級品質(zhì)因數(shù)的智能控制。其工作原理如圖1所示。
MAX262的每個濾波器組件都有其各自的輸入時鐘CLK、獨(dú)立的中心頻率f0和品質(zhì)因數(shù)Q。實(shí)際濾波器的中心頻率f0由濾波器的輸入時鐘頻率CLK、6位中心頻率控制字(F0～F6)和工作方式(M0，M1)三者共同確定。每個組件的品質(zhì)因數(shù)Q(Q0～Q6)也由編程輸入進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)置。以這種方式，MAX262的兩套組件可以分別調(diào)諧，因此可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的濾波器設(shè)計(jì)。但需要注意的是，在MAX262濾波器的內(nèi)部，其采樣速率是輸入時鐘(CLKA或CLKB)的一半。
