有源RC滤波器的截止频率(f(cutoff))的调谐可以使用开关电容电路或连续时间电路来实现。在需要在单个IC封装中无限调谐任意阶滤波器分辨率的应用中，开关电容方法是优选的(只需改变时钟频率调谐f(CUTOFF))。在需要将连续时间滤波器调谐到几个截止频率的应用中，可以使用运放、CMOS开关和电阻或电容阵列来实现调谐。

通过数字控制，使用dac乘以基于运放的积分器的RC时间常数(例如，基于8位dac的调谐器允许256个频率步长)，也可以在大频率范围内以高分辨率调谐连续时间滤波器。图1给出了一个简单、低阶、低成本的连续时间滤波电路。它可以通过串行外设接口(SPI)(1)调谐到几个截止频率。这是使用带有电阻或电容阵列的开关或需要大量有源和无源元件的多个dac的更简单的替代方案。

通过SPI的数字控制在各种应用中用于控制传感器和换能器信号的带宽限制。典型的应用有:用于振动分析的加速度计，用于声纳检测的水听器，用于线性运动测量的lvdt和用于声音接收和记录的麦克风。

一种spi可调二阶滤波器

图1电路是一个状态变量二阶滤波器，使用两个ic，一个低噪声CMOS四阶运算放大器(LTC6242)和一个低噪声双可编程增益放大器PGA (LTC6912-X)。两个LTC6912-X放大器(GA和GB)的增益通过SPI控制独立编程。LTC6912-1的SPI控制增益设置为1、2、5、10、20、50和100,LTC6912-2的SPI控制增益设置为1、2、4、8、16、32和64。图1滤波器有三个反相输出，提供高通、带通和低通频率响应。连接到三个输出之一的可选反相放大器提供非反相或差分滤波器输出。滤波器的二阶传递函数是电路谐振频率、f(0)和Q值的函数。f(0)频率等于积分器的RC常数、双PGA增益和电阻R4与R2的比值(如果R4 = R2且G(A) = G(B) = gain则f(0) = gain /2πRC)。滤波器的Q值等于电阻R3和R2与两个PGA增益的比值(如果R4 = R2且G(A) = G(B)则Q = R3/R2)。滤波器的通带增益分别等于低通、带通和高通滤波器的R4/R1、R3/R1和R2/R1的比值。

一个可调的低通或高通滤波器

二阶振幅响应的形状取决于相对于截止频率和Q值的f(0)频率。在二阶巴特沃斯高通或低通响应中，f(0)频率等于f(CUTOFF) (f(-3dB))，滤波器的Q值等于0.707。在二阶贝塞尔高通或低通响应中，f(0)频率等于1.274·f(CUTOFF)，滤波器的Q值等于0.577。图2显示了巴特沃斯低通滤波器的可调谐范围，使用100Hz积分器频率(R = 1.58毫欧，±1%和C = 1000pF，±5%)和LTC6912-2将滤波器的f(CUTOFF)从100Hz调谐到6.4kHz。图3显示了巴特沃斯高通滤波器的可调谐范围，它与图2的低通滤波器响应相反。阶跃变化的输出响应大约等于5/f(CUTOFF)，(如果阶跃变化为1kHz f(CUTOFF)，则滤波器在阶跃变化后5毫秒稳定)。最大可调谐f(0)频率是运算放大器的增益-带宽乘积和电路对用于调谐的最高PGA增益的灵敏度的函数。对于所示的放大器，根据经验数据，800kHz/[Q·增益]的最大f(0)将增益误差限制在≤2dB)。例如，如果仅使用LTC6912-1的最低1,2,5和10增益进行调谐，则二阶巴特沃斯低通滤波器(f(0) = f(CUTOFF))可以调谐到110kHz(最大f(0) = 800kHz/[0.707·10])。

可调谐带通滤波器

二阶滤波器的-3dB带宽等于中心频率(f(center))除以Q值(带宽= f(center)/Q)。二阶带通滤波器对积分器RC值容差的灵敏度与滤波器Q成正比。通常在Q≤4时，对滤波器的两个积分器使用±1% R和±5% C对于二阶带通滤波器是实用的。二阶带通滤波器Q &gt的灵敏度;Q每增加一个单位，4迅速增加，滤波器的两个积分器应使用±1%的RC分量。

图4显示了图1的带通滤波器，使用2kHz积分器频率(R = 205k，±1%，C = 390pF，±5%)和LTC6912-2，增益设置为1、2、4和8，从2kHz调谐到16kHz。调整中心频率响应图4的比设计值低了2.73% 2 khz, 4 khz, 8 khz和16赫兹等于电路的误差的RC值两个集成商为每个R(测量值约206 k和403 pf对每个C)。16 khz的增益误差是由于滤波器的f(0)频率接近最大Q = 4 f(0)和f PGA增益等于8(最大(0)= 25 khz = 800千赫/{4·8])。最大f(0)频率是LTC6912-X运放增益带宽积的函数。

其他过滤器选项

图5显示了一个二阶陷波滤波器的示例。陷波滤波器的积分器频率为500Hz (1/[2π·316k欧姆·1000pF])，通过PGA增益1、2、4和8，陷波频率分别调至500Hz、1kHz、2kHz和4kHz。上面讨论的任何滤波器都可以通过连接两个二阶电路制成spi可调谐的四阶滤波器。

参考电路

SPI是一种同步通信协议，在微处理器和外围设备之间使用三线接口。