在信號(hào)處理儀器的硬件系統(tǒng)中抗混濾波器是一重要的部件,。根據(jù)信號(hào)分的的要求,，抗混濾波器的截止頻率范圍控制在10Hz～20kHz,。為了提高信號(hào)的頻率分辨率,，要求抗混濾波器的帶寬是可變的,。比如要分析100Hz以內(nèi)的信號(hào)特征，該低通濾波器的帶寬最好選為100Hz,。設(shè)計(jì)時(shí),，按1、2,、4,、5倍乘的原則，將20kHz頻率范圍分成14檔不同帶寬來處理,。若采用一般的模擬低通濾波器必須電路繁復(fù),、換檔不便,、體積太大、不甚實(shí)用,。用集成開關(guān)電容濾波器發(fā)展很快,，生產(chǎn)公司不少，器件目前已系列化,。它改變截止頻率非常方便,，只要程近不同的采樣頻率即可。因此,，選擇8階開關(guān)電容橢圓低通濾波器MAX293作抗混濾波器用,。理論上8階低通濾波器適合于制作抗混濾波器，其截止頻率后的衰減為160dB/10倍頻,，由文獻(xiàn)（1）可知,，如截止頻率為1kHz，則到1.5kHz處,，信號(hào)衰減了80dB［1］,，接近理想的低通濾波器，這是由橢圓濾波的特點(diǎn)所決定的,。實(shí)測(cè)的濾特圖（幅頻特性）也有相似結(jié)果,。但在試制過程中，發(fā)現(xiàn)該濾波器有“共振”現(xiàn)象,，以下就此現(xiàn)象試作分析,。
1 開關(guān)電容濾波器的“共振”現(xiàn)象
在用NW1232低頻頻率特性測(cè)試M AX293的幅頻特性時(shí)，發(fā)現(xiàn)屏幕上除了預(yù)期的幅頻特性之外,，在采樣頻率及其整數(shù)倍的頻率處具有窄帶通形狀的峰值,，其高度達(dá)到甚至超過了前面幅頻特性平坦部分的最大值。也就是說,，當(dāng)輸入信號(hào)頻率等于采樣頻率或?yàn)椴蓸宇l率的整數(shù)倍時(shí),，出現(xiàn)了這一現(xiàn)象。此現(xiàn)象從未見文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)過,，暫時(shí)稱之為“共振”現(xiàn)象,，如在使用中對(duì)其不加處理，則將嚴(yán)重干擾有用信號(hào),。為了弄清原因,，重復(fù)作了試驗(yàn)。采取自動(dòng)掃描,、手動(dòng)掃描,、變采樣頻率后掃描等方法，該現(xiàn)象始終如期而至。為了濾去該“高頻干擾”,，在MAX293電路之后,，接上模擬低通濾波器。然而不管接二除低通還是四階低通模擬濾波器,，其輸出仍然存在該“干擾”,，而且幅值無任何減小。
2 “共振”現(xiàn)象的解釋
用模擬低通濾波器做實(shí)驗(yàn),，當(dāng)然不存在此現(xiàn)象,。因此，原因必然在于具有采樣環(huán)節(jié)的開關(guān)電容上,。在開關(guān)電容濾波器中,，當(dāng)開關(guān)頻率（即采樣頻率,、時(shí)鐘頻率）大大于信號(hào)頻率時(shí)（文獻(xiàn)（2）指出,，一般要大于20倍），開關(guān)電容等效于模擬阻容濾波器中的電阻,，可推導(dǎo)出,，其等效電阻R=1/（C·fc），其中C為電容,，fc為開關(guān)濾波［3］,。通過分析得到，當(dāng)信號(hào)頻率和采頻率同頻時(shí),，就會(huì)出現(xiàn)如圖1所示的現(xiàn)象,。
圖中輸入信號(hào)vi為正弦波（方波也一樣），1,、2……為同頻采樣信號(hào),。在相位適當(dāng)?shù)臅r(shí)候（如圖1所示），開關(guān)電容濾波器的電容上將出現(xiàn)輸入信號(hào)的峰值,。相位的不同,，采樣到的值也不同，但各采樣點(diǎn)所采樣的值是相同的,。因此在采樣電容上產(chǎn)生一個(gè)直流信號(hào),，使流波器輸出一個(gè)直流電平。當(dāng)觀察幅頻特性時(shí),，在輸入信號(hào)與采樣信號(hào)同頻且相位合適時(shí),，就出現(xiàn)了上述所謂的“共振”現(xiàn)象。而且其后的低通模擬濾波器對(duì)此無能為力,。同理,，當(dāng)信號(hào)頻率為采樣頻率的整數(shù)倍時(shí)，顯然也會(huì)出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。
3 試驗(yàn)結(jié)果
為了證實(shí)上述的分析,，采用如圖2（a）所示的一階低通濾波器作了度驗(yàn),。圖中vi為正弦波輸入，φ1,，φ2為兩相脈沖作采樣開關(guān)信號(hào),，vo為輸出信號(hào)。
在低頻特性測(cè)試儀上測(cè)試,，φ1,、φ2的頻率fφ為10kHz，除了在近100Hz處轉(zhuǎn)折的低通幅頻特性外,，在10kHz,、20kHz處，出現(xiàn)了峰值,。此處fφ即為上述的開關(guān)頻率fc,，其與低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率的關(guān)系，取決于圖2（a）中的C1和C2之比值,。此時(shí)用電壓表測(cè)量vo為直流電壓4V,，用晶體管毫伏表測(cè)得輸入信號(hào)值為2.8V。從而證實(shí)了上述分析,。
為了去除“共振”現(xiàn)象,，要限制輸入信號(hào)的范圍，使之小于采樣頻率,。因此采用集成開關(guān)電容低通濾波器（如MAX293一類）時(shí),，在其前面，必須要增加模擬低通濾波器,，把采樣頻率及其以上的高頻信號(hào)有效的排除在外才行,。
4 基于MAX293的實(shí)用抗混濾波器
集成開關(guān)電容濾波器體積小、階數(shù)高,、衰減沿陡,、改變通帶寬度非常方便，因此用途十分廣泛,，特別是在要求有不同帶寬的場(chǎng)合,。其缺點(diǎn)是本身有開關(guān)噪聲，尤其是存在上述的“共振”現(xiàn)象,。因此在使用時(shí),，要根據(jù)不同的要求，采取必要的措施?，F(xiàn)以采用MAX293制作抗混濾波器為例予以說明,。
圖3為信號(hào)處理儀器硬件框圖,。其中，MAX293及其前后的模擬低通濾波器一起,，組成通帶可編程抗混濾波器,。
根據(jù)界面上測(cè)量顯示信號(hào)的大小，用PC機(jī)上的鍵盤選取量程程控放大器的放大倍數(shù),，以得到幅度合適的信號(hào),。AMX293濾波器前后，接有兩個(gè)可編程模擬低通濾波器,，它們有同步的三個(gè)可編程轉(zhuǎn)折頻率,，由PC機(jī)給出地址，切換到不同值的濾波電容來實(shí)現(xiàn),。用MAX293濾波器前的雙二階可編程模擬低通濾波器消除“共振”現(xiàn)象,，用后邊的二階低通濾波器消除采樣頻率信號(hào)fc所引起的噪聲。由于MAX293從10z～20kHz分成14檔,，其截止頻率與采樣頻率fc之比值為1：100［1］,，所以模擬濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為100Hz、1kHz,、10kHz三檔,，它們能將盯應(yīng)于fc及其以上的信號(hào)諧濾排除在外。MAX293的不同截止頻率是由PC機(jī)通過改變fc而得到的,。所有模擬濾波器設(shè)計(jì)成Butterworth濾波器。本硬件系統(tǒng)及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)已銷售多套,，并于2001年11月通過由機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展基金會(huì)組織的鑒定,。