由于輸入的正弦小信號(hào)振幅10mV，電壓增益60dB，10dB步進(jìn)程控可調(diào)，且電壓增益誤差不能大于5％。對(duì)精度而言兩個(gè)方案都可實(shí)現(xiàn)，在AD603后再加一級(jí)放大也可實(shí)現(xiàn)60dB的放大倍數(shù)。但數(shù)字電位器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有電容影響，后級(jí)接運(yùn)放后會(huì)帶來意想不到的后果，因此采用方案2。

　　1．2濾波器模塊的設(shè)計(jì)與論證

　　方案1：采用數(shù)字濾波器。利用MATLAB的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)FIR或者IIR濾波器。數(shù)字濾波器具有精度高，截止特性好等優(yōu)點(diǎn)。但是FIR濾波器會(huì)占用太多FPGA資源，IIR濾波器設(shè)計(jì)時(shí)工作量大且穩(wěn)定性不高，且要使截止頻率可調(diào)，必須使用不同的參數(shù)，設(shè)計(jì)起來軟件量比較大。

　　方案2；采用無源LC濾波器。利用電感和電容可以搭建各種類型的濾波器。參照濾波器設(shè)計(jì)手冊(cè)上的相關(guān)參數(shù)，可以比較容易地設(shè)計(jì)出理想的濾波器。但是如果要截止頻率可調(diào)，只有改變電感電容參數(shù)，硬件會(huì)非常復(fù)雜。

　　方案3：采用集成的開關(guān)電容濾波器芯片。開關(guān)電容濾波器是由MOS開關(guān)、MOS電容和MOS運(yùn)算放大器構(gòu)成的一種大規(guī)模集成電路濾波器。其開關(guān)電容組在時(shí)鐘頻率的驅(qū)動(dòng)下，可以等效成一個(gè)和時(shí)鐘頻率有關(guān)的等效電阻。當(dāng)用外部時(shí)鐘改變時(shí)，等效電阻改變，從而改變了濾波器的時(shí)間常敦，也就改變了濾波特性。開關(guān)電容濾波器可以直接處理模擬信號(hào)，而不必像數(shù)字濾波器那樣需要A／D、D／A變換，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　綜上所述，本系統(tǒng)采用方案3，利用集成芯片MAX297實(shí)現(xiàn)低通濾波器，利用LTC1068實(shí)現(xiàn)高通濾波器；采用方案2，利用無源LC濾波器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)四階橢圓低通濾波器。

　　2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方框圖

　　本系統(tǒng)以單片機(jī)及FPGA為控制核心，由可控增益放大模塊、程控濾波模塊和幅頻特性測(cè)試模塊構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。輸入振幅為1V的信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)衰減后變成振幅10mV的小信號(hào)，經(jīng)OPA690前級(jí)放大2倍，同時(shí)起到阻抗變換和隔離的作用。與此同時(shí)由AD9851產(chǎn)生一設(shè)定頻率的正弦信號(hào)，通過模擬開關(guān)選擇一道送到后級(jí)。信號(hào)由程序控制AD603進(jìn)行0～60dB的可調(diào)增益放大后，送入濾波模塊。濾波模塊包括低通、高通、橢圓濾波器，其中低通、高通由程序控制-3dB截止頻率在1～30kHz范圍內(nèi)可調(diào)，步進(jìn)1kHz。橢圓濾波器截止頻率50kHz。再通過模擬開關(guān)選擇某一特定濾波信號(hào)輸出，經(jīng)有效值檢波和A／D轉(zhuǎn)換后送入FPGA進(jìn)行幅頻特性的測(cè)試，再用兩塊DAC0800實(shí)現(xiàn)幅頻特性曲線的顯示。