基于FPGA和Quartus II的程控滤波器测量系统的设计方案

图4给出程控滤波器的连接电路图，由四片LF356和一片TLC7528组成，其中LF356的增益带宽积为5MHz,系统中的最高频率为50KHz,故增益带宽积选用LF356能满足要求。

TLC7528是电流型双数模转换芯片，数字电源采用5V供电，在电路中其等效为可变电阻。

3.3 软件流程图

软件系统流程图如图5所示。

本设计的控制MCU采用Altera的NiosII软核实现，软件设计和编译、调试在Nios II IDE集成开发环境中完成。

软件需要实现的功能有：高低通滤波器与幅频特性测试功能的切换、前级放大增益的控制、滤波器截止频率的更改，还要控制扫频信号输出、信号有效值回采和幅频特性曲线的绘制。

本系统的功能切换并不复杂，需要控制的变量也不是很多，软件设计采用模块化和自顶向下的设计方式，软件系统中主要分成按键(输入)模块、LCD(显示)模块、数值发送模块、界面显示更新模块、输入处理模块等。每一个模块是否执行是通过标志位来确定的，主程序通过死循环检测每一个标志位的状态，来确定应该进入哪一个模块并实现相应的功能。

4.测试结果

固化程序后，用函数发生器和TDS1002B数字示波器来测试各指标，并分别记录其测量数据。用函数发生器输入频率为1KHz,峰-峰值为20mV的正弦波，记录程控放大器输出端的测试值如表1所示。

测量程控滤波器低通、高通特性，采用40dB的程控放大器增益，滤波器输出接负载1KΩ，测量数据如表2所示。

此外，设计的幅频特性测试仪可测量程控滤波器的高通、低通特性曲线，并在液晶上打点绘制曲线。

椭圆滤波器测量时，输入信号峰-峰值为5V,通带内最大峰-峰值为5.12V,在室温较高时测得截止频率为52.03KHz,室温较低时测得截止频率为49.2KHz.由此可见，该设计受温度影响较大，初步分析为电容的温度系数太大造成的。

5.结论

本文提出了基于FPGA和Quartus II的程控滤波器测量系统的设计方案。该方案以Altera公司的FPGA和Nois II为核心，采用运算放大器和模拟开关作为前级小信号放大器，以电流型DAC TLC7528等效为可变电阻，通过模拟电路构建传递函数实现可编程滤波，并通过FPGA查找表的方法数字合成正弦波通过DAC输出。然后，通过合成信号对程控滤波器进行扫频测试，并在实际焊接电路中实现，测试该可编程滤波器，前级的小信号增益可达1000倍，10dB步进。整个系统的构建可用于工程中信号的放大，滤波和检波处理，而实现了智能化的控制。