1、引言

隨著現代數據采集系統的不斷發展，對高精度信號調理技術的要求也越來越高。由于傳感器輸出的信號往往存在溫漂、信號比較小及非線性等問題，因此它的信號通常不能被控制元件直接接收，這樣一來，信號調理電路就成為數據采集系統中不可缺少的一部分，并且其電路設計的優化程度直接關系到數據采集系統的精度和穩定性。筆者設計的ICP傳感器調理電路采用了一種LTC1068型通用濾波器，可對傳感器輸出的信號進行高精度的濾波調理，減小了溫漂和直流偏置，從而滿足了采集系統高精度和高穩定性的要求。

2、LTC1068簡介

LTC1068是Linear公司生產的4通道通用濾波器，它有很低的失調電流、漂移電流和偏置電流，并且具有很高的動態范圍，達到截至頻率的200倍時無混疊現象。工作電壓為+1.5V～+5V。

2．1 LTC1068的引腳功能

LTC1068采用24引腳PDIP和28引腳SSOP二種封裝，引腳排列如圖1所示。各個引腳的功能如下所述：

V+、V-：濾波器電源正負輸入端。通常情況下在該引腳與模擬地之間接一個0.1μF的旁路電容器以抗擊干擾。濾波器的供電電源必須與其他數字或模擬電路的高電壓電源分離開。有雙端和單端二種供電方式，建議使用低噪聲線性電源。

AGND：模擬地。濾波器的性能很大程度上取決于模擬信號地的質量，單端供電方式時，AGND引腳必須接一個至少0.47μF的旁路電容器。

CLK：時鐘信號輸入端。任何TTL或CMOS占空比為50%的方波時鐘信號源都可以作為時鐘信號的輸入。時鐘信號源的供電電源不能作為濾波器的供電電源，濾波器的模擬地必須與時鐘信號源的模擬地連接在一起。因為過低的時鐘信號會使內裝中時鐘不穩定，所以不要使用頻率小于100kHz的時鐘信號。在繪制電路板時，時鐘信號線最好垂直于集成電路的引腳，以避免與其他信號產生耦合，在時鐘信號源與CLK引腳之間接一個200Ω的電阻器可以進一步減小耦合。

HPA、HPB、HPC、HPD：A、B、C、D4個通道的高通輸出端。

LPA、LPB、LPC、LPD：A、B、C、D4個通道的低通輸出端。

BPA、BPB、BPC、BPD：A、B、C、D4個通道的帶通輸出端。

LTC1068的每一個2階通道的3個輸出端都可以驅動同軸電纜或過載阻抗小于20kΩ的電路，這樣可以降低總體的諧波失真。

INV A、INV B、INV C、INV D：濾波器信號輸入端。這些引腳是內部放大器的反向輸入端，因為它們很容易受低阻抗輸出信號和電源線的影響，因此在實際電路中要離開時鐘信號線和電源線至少0.1英寸。

SA、SB、SC、SD：加法求和輸入端，也是電壓輸入引腳。使用時必須接一個5kΩ以下的電阻器，不用時必須接地模擬地。

2．2 LTC1068的內部結構和工作模式

如圖2所示，LTC1068的四個2階通道在內部是分離的，因此4階或8階的高階濾波器是由四個通道的級聯來實現。LTC1068有三種基本工作模式：模式1、模式2和模式3，還有兩種擴展工作模式：模式1b和模式3a。

在模式1中，外部時鐘信號與各個兩階通道的心頻率的比值為固定的100：1，模式1可以設計高階的巴氏低通濾波器，也可以用來設計低Q值的帶阻濾波器。如圖3所示，模式1中各參數的計算如下：時鐘頻率與中心頻率的比值為100：1；Q值為R3/R2；帶阻濾波器對輸入信號的放大倍數為-R2/R1；帶通濾波器對輸入信號的放大倍數為-R3/R1；低通濾波器對輸入信號的放大倍數也是-R2/R1。

模式1b是在模式1的基礎上推導出來的，與圖3相比模式1b多了二個外接電阻，在S端和LP端接了一個R5，在S端與地之間接了一個R6，這二個電阻器用來降低低通輸出端LP到SA（SB、SC、SD）輸入的電壓反饋。這樣可以使時鐘信號頻率與中心頻率的比率大于100：1。模式1b不但保持了模式1的優勢，還通過提高fclk/fcutoff比值實現了高Q值的最佳模式設計。

如圖4所示，在模式3中，外部時鐘頻率與中心頻率的比值可以調整為大于或小于100：1，可以通過一些經典的變量配置實現二階的高通、低通和帶通功能。模式3比模式1速度慢，經常用作設計高階的多級帶通、低通和高通濾波器。

模式3a是模式3的擴展，通過二個外接電阻器RH和RL把濾波器的高通和低通輸出端結合起來，從而實現了帶阻濾波器的設計。模式3a比模式3更通用，因為2階帶阻濾波器的頻率可以大于或小于中心頻率。當LTC1068的各部分需要級聯時，高通端和低端的輸出可以合在一起直接作為下一部分的反向輸入。

模式2是模式1和模式3相結合得到的，如圖5所示。在模式2中，時鐘頻率與中心頻率的比值通常小于100：1。與模式3相比，模式2可以提供比較小的電阻容限裕度。與模式1相同，模式2有一個依賴于時鐘頻率的帶阻輸出，因此帶阻頻率小于中心頻率。

3、在機械振動信號調理電路中的應用

信號調理電路由激勵電路、放大電路和濾波電路構成。圖6所示為機械振動信號調理電路的硬件電路。

因為IPC傳感器要求+24V的工作電壓和4mA的工作電流，因此激勵電路的作用就是給ICP傳感器提供+24V和4mA的工作條件。為了能獲得穩定且噪聲低的電壓，電路設計采用DC-DC變換器把+5V轉換為穩定的+24V，4mA的直流電流則通過LM334來實現。

為了使ICP傳感器輸出的信號更加穩定，信號先進入一個電壓跟隨器，然后再進入集成放大器。其中跟隨器和放大電路都采用TLC2272型放大器。TLC2272是單芯片雙運放放大器，與其他CMOS型放大器相比，具有高輸入阻抗、低噪聲、低輸入偏置電流、低功耗等優點，并且且人軌對軌的輸出特性，因此其動態應用范圍大，可以提供2MHz的帶寬和3V/μs的擺率。

在進行數據處理時，為提高信噪比，突出被測機械設備的特性信息，通常要對采樣的信號進行濾波處理，因此濾波電路是信號調理電路中很重要的一部分。本設計采用高通濾波器和低通濾波器組成的帶通濾波器來實現濾波功能，其中低通濾波器采用LTC1063，高通濾波器采用LTC1068。通過這二個高精度濾波器的配合使用，減小了溫漂、零漂和直流偏置，提高了信噪比，從而滿足了采集系統調理電路高精度和高穩定性的要求。

4、 結束語

由于LTC1068的4個通道都是低噪聲、高精度、高性能的2階濾波器，因此每個通道只要外接若干電阻器就可以實現低通、高通、帶通和帶阻濾波器的功能。4重2階、2重4階或8階濾波器都可以用LTC1068來設計和實現。LTC1068是低噪聲高精度通用濾波器，可以廣泛應用于精度要求較高的系統中，諸如可以作為線性相位帶通濾波器、選擇性很強的帶通濾波器。同時由于LTC1068直至截止頻率的200倍都無混疊現象，而且最大中心頻率可以達到50kHz，因此可以用來設計音頻均衡濾波器、消除噪聲濾波器等。由此可見，LTC1068在信號處理電路中具有很廣泛的應用前景。

責任編輯：gt