1.4 信号选择电路设计

1.4.1 多路信号选择电路

模拟开关仅仅是建立了一条可以由程序控制的信号路由通道，并且这个信号通道在切换速度、带宽、阻抗上都与理想导线存在一定差距。因此，在选择模拟开关时，必须注意需要的切换速度，通过信号的频带，以及开关自身阻抗等因素。

CD405x是最常见的一类模拟开关，包括八选一模拟开关CD4051、双四选一模拟开关CD4052、三组两路模拟开关CD4053等几个型号。这些型号的功能特点基本类似，只是在通道组合上有所不同，这里选取双四选一模拟开关CD4052做详细介绍，其他型号读者可以参考数据手册进行更具体的设计。

CD4052的内部逻辑结构如图1.22所示。CD4052模拟开关主要由电平转换电路、二进制译码电路和开关通道三部分构成。电平转换电路用于接收来自微控制器的3个逻辑电平信号A、B和INH，其中A和B两位的二进制组合经译码器译码后用于在四个输出通道中选择指定的一路，INH信号为高电平时，所有输出将被屏蔽。

若BA = 00，则X组、Y组的公共端分别与各组的通道0连通。若BA = 01，则X组、Y组的公共端分别与各组的通道1连通。BA = 10与BA = 11时与以上选通方式相似。

1.4.2 有源滤波电路

有源滤波电路通常由运算放大器和阻容网络构成。其功能是允许一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围外的信号。对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围称为通带，而把衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的接线频率称为截止频率。按照滤波器通带和阻带位置关系的不同，可以分为高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器四种。四种滤波器通带与阻带的位置关系如图1.23所示。

理想的滤波器在通带应该具有固定的增益，而在阻带增益应该立刻降低到0。实际的滤波器往往不能达到理想效果，而是在通带和阻带之间存在一个过渡带，这个过渡带越小，也说明滤波器的选频性能越理想。

（1）低通滤波器的设计

低通滤波器是一种抑制截止频率以上频带信号通过的滤波电路。图1.24图是运放构成的典型二阶低通滤波器电路，其传递函数为

上式表明，该滤波器的通带增益应小于3，才能保障电路稳定工作。其网络参数如下所述。

带通增益 Aup

截止频率

品质因数

这种滤波器设计容易，网络参数间相互影响少。对于给定的截止频率和品质因数等设计参数要求，很快可以设计出可用的滤波电路。例如，要求设计一个二阶低通滤波器，要求截止频率f0 = 2 kHz，品质因数Q = 10，设计步骤如下所述。

首先选择C = 1，则

对元件的值进行实际选则时，可以将R的值乘以109，C的乘以10-9，可得

R= 7.96 kΩ

C=0.001 μF

根据品质因数的要求，得到增益

则有

可以取R1= Ω10 k , Rf= 19 kΩ来实现这个参数。

（2）高通滤波器的设计

高通滤波器是一种允许截止频率以上频带信号通过的滤波电路。图1.25是一种常见的二阶高通滤波电路。

该电路网络参数如下所述。

传递函数

通带增益

截止频率与品质因数

同样，该电路增益Aup不能大于3，否则将导致电路自激。其设计方法与二阶有源低通滤波器类似，这里不再重述。

（3）带通与带阻滤波器的设计

带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组合而成的。要将高通的下限截止频率设置的小于低通的上限截止频率。反之则为带阻滤波器。要想获得好的滤波特性，一般需要较高的阶数。滤波器的设计计算十分麻烦，必要时可借助于工程计算曲线和有关计算机辅助设计软件。