集成滤波器max275在超声检测中的应用.doc

集成滤波器MAX275在超声检测中的应用        摘要:本文介绍了用MAXIM公司的连续时间滤波器MAX275的设计方法。着重阐述MAX275在Motorola68HC908GP32微控制测距系统中的应用及该系统的结构组成。关键词:超声波;有源滤波器;微控制器超声检测技术是利用超声波在媒质中的传播特性(声速、衰减、反射、声阻抗等)来实现对非声学量(如密度、浓度、强度、弹性、硬度、粘度、温度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等)的测定。它的基本原理是基于超声波在介质中传播时遇到不同的介面,将产生反射,折射,绕射,衰减等现象,从而使传播的声时,振幅,波形,频率等发生相应变化,测定这些规律的变化,便可得到材料的某些性质与内部构造情况。与传统超声技术完全不同,新的超声技术具有以下特点:在不破坏媒质特性的情况下实现非接触性测量,环境适应能力强,可实现在线测量。   近二、三十年,特别是近十年来,由于电子技术及压电陶瓷材料的发展,使超声检测技术得到了迅速的发展。在无损探伤,测温,测距,流量测量,液体成分测量,岩体检测等方面,新的超声检测仪表不断出现,应用领域也不断扩大。本文正是基于这一应用背景,介绍了集成滤波器MAX275在超声检测中的一个应用。MAX275的结构及应用在工程应用领域,常常需要从具有复杂频谱的信号中提取出特定频率的信号,或者对一些信号进行变换处理。在中低频场合,一般是采用有源滤波器或者由分立元件组成的调谐电路来实现。后者尽管具有较高的选择性和性价比,但是由于集成电路趋于小型化集成化而使用的并不普遍。普通的有源滤波器由运算放大器和R、C组成,实现容易。但是参数调整困难,而且应用在频率较高的场合时,由于元件周围的分布电容将严重影响滤波器的特性,使其偏离预定的工作状态。 MAX275是MAXIM公司推出的一款连续时间模拟集成有源滤波器,片内硬件由四个运算放大器及若干电阻电容组成。每两个运算放大器构成一个二阶节,每个二阶节的中心频率Fo,转折频率,品质因数Q,放大倍数都由四个外部电阻确定,不需外接电容。通过外接电阻的不同组合形式可以实现巴特沃思,切比雪夫,贝赛尔型的低通,带通滤波器。滤波器的中心频率从100Hz-300KHz;增益带宽积为16MHz,即对于40KHz的信号可放大1-400倍;可以根据设计者的要求实现高至一百的品质因数Q,与运算放大器和R、C组成的二阶节相比,MAX275组成的滤波器具有外接元件少,结构简单,参数调整方便和不受运算放大器本身频率特性影响等优点;由于没有外接电容,而且是单片结构,因而高频场合时受分布电容的影响较小。图1MAX275管脚图 MAX275使用5V电源,电源电流最大不超过30mA,引脚见图1。其中,后缀字母A、B表示所属第几组滤波单元,A为第一组,B为第二组(MAX275内只有两组滤波单元);IN表示输入端;BPI为带通输入;BPO为带通输出;LPO为低通输出;FC为工作方式及频率选择。由于内部运算放大器有限的增益带宽积和驱动能力,MAX275对中心频率Fo和品质因数Q的比值Fo/Q有限制,在设计滤波器之前,应先计算该参数并查阅产品手册判断其是否在滤波器的可实现范围内。图2MAX275滤波气单元结构(略) 其内部的一个二阶节单元如图2所示。当用于低通滤波时用LPO作为输出,当用于带通滤波时用BPO作为输出。二阶节的