濾波在數(shù)據(jù)采集、處理和信號分析過程中起著十分重要的作用。通常采集到的信號會由于各種因素存在干擾，從而影響信號的準確性，對于精度要求較高的處理和操作，信號的準確性直接關系到處理和操作結果的正確與否，所以濾除干擾十分重要。

    通用的濾波方法是用R、C、L構成無源濾波器或加運算放大器構成有源濾波器。對于頻率不斷變化的信號，通常通過模擬開關選擇不同阻值以實現(xiàn)截止頻率的改變，但這樣分布參數(shù)較大，截止頻率精度不高。MAX263可以不加外部元件就能實現(xiàn)低通、高通、帶通、全通等濾波，功能強大。本文濾波器的設計是為了消除旋轉物體（以下統(tǒng)稱轉子）不平衡量電信號中的干擾信號。選用基于MAX263開關電容跟蹤濾波方法[1]進行帶通濾波。
1 MAX263簡介
1.1 MAX263性能簡介
    MAX263是由美國MAXIM（美信）公司生產(chǎn)的一種CMOS雙二階通用開關電容有源濾波器，這種濾波器具有精確控制濾波的作用且操作較簡單，只需通過引腳輸入設置中心頻率、Q值和工作模式。

2 MAX263濾波器軟件設計
2.1 濾波器軟件程序
    MAXIM公司提供一些軟件程序，用于根據(jù)頻率響應的設計要求快速完成對硬件的設計。這些軟件程序分別為程序PZ、程序 MPP、程序BP和程序 FR。
2.2 設計濾波器的流程
    MAX263軟件設計流程分兩步：
    （1）濾波器的設計
    根據(jù)所給出的要求，從設計程序PZ開始，選擇最合適的濾波類型（巴特沃斯、切比雪夫等）和最佳的極點數(shù)，程序同樣繪制出頻率響應曲線，并計算出每個濾波單元的極點（零點）頻率以及Q值大小。但當帶通濾波采用多反饋技術時，濾波器設計程序“BP”代替程序PZ且不需要執(zhí)行步驟2。
    （2）生成編程系數(shù)
    根據(jù)所獲得的頻率f0和品質(zhì)因數(shù)Q，程序MPP生成fclk/f0和Q值的數(shù)字編程代碼并顯示f0和Q的“N”值大小(這里“N”值是二進制引腳編碼的等效十進制數(shù))。在這個步驟中，也需要對輸入時鐘頻率和濾波器模式進行選擇，當沒有選擇時鐘頻率時，“MPP”會自動選擇一個[2]。

4.2 鎖相環(huán)跟蹤原理
    時鐘頻率fclk=100 f0，本設計采用由鎖相環(huán)(CD4046)和時鐘計數(shù)器(CD4518)組成的倍頻電路進行倍頻[3]。倍頻方法為：光電傳感器采集到的脈沖信號，經(jīng)過整形后輸入到鎖相環(huán)輸入端，鎖相環(huán)輸出端接至CD4518第一單元輸入端。CD4518含有兩個計數(shù)單元，分別計數(shù)時每個單元每輸入10個脈沖，計數(shù)器恢復到初始狀態(tài)；若將第一計數(shù)單元的第四級輸出端連接到第二計數(shù)單元的輸入端，則可進行串行計數(shù)，即CD4518第一單元輸入端的頻率為第二單元第四級輸出頻率的100倍。本文采用串行計數(shù)，將CD4518第二單元第四級的輸出信號接入CD4046比較輸入端，將該信號同鎖相環(huán)先前輸入的脈沖信號進行頻率比較直至兩者頻率一致。從而實現(xiàn)CD4046的輸出脈沖頻率是輸入頻率的100倍，將其輸入MAX 263時鐘輸入端(CLK)，進而實現(xiàn)轉子轉速頻率對濾波器中心頻率的控制。
4.3 濾波器設計及其實驗結果
    根據(jù)MAX263設置方法及其鎖相環(huán)跟蹤原理，設計針對轉子不平衡量電信號的帶通跟蹤濾波器，其原理方框圖如圖3所示。

    以轉子轉速頻率f0為34 Hz，不平衡量信號接入濾波電路進行處理為例，根據(jù)原圖設計帶通跟蹤濾波電路[4]，對采集到的轉子不平衡量電信號用該電路處理并通過實驗驗證濾波效果。將未被處理的信號和經(jīng)過濾波處理后的信號分別接入示波器觀察，其結果如圖4所示。
    由圖4可知，剛從傳感器輸出的不平衡量電壓信號由于存在干擾，信號很不穩(wěn)定，不能真實反映轉子的不平衡量。經(jīng)過MAX263帶通跟蹤濾波處理后，濾波效果十分明顯。

    應用MATLAB對信號進行頻譜分析：對采集到的振動信號數(shù)據(jù)用快速傅里葉變換（FFT）法處理，完成數(shù)據(jù)流從時域到頻域的變換[5]。分析結果如圖5所示，信號濾波前含有各種頻率段的干擾。濾波后只剩下頻率為34 Hz左右的信號，該頻率正是轉子轉速頻率f0，實現(xiàn)了對轉子不平衡量信號的跟蹤濾波。
    通過對MAX263工作原理的分析，結合鎖相環(huán)跟蹤原理給出了針對轉子不平衡量信號的帶通濾波方案，實驗結果表明，MAX263濾波效果明顯，設計簡單。并且采用MAX263，就能夠方便地設計出低通、帶通、高通等各種濾波電路，而且可以廣泛應用于各種濾波電路，具有很高的應用價值。
參考文獻
[1] BUSTAMANTE L G，SODERSTRANG M A.High-range  switched-capacitor tracking filter[C].Circuits and Systems  on Proceedings of the 1999 IEEE International Symposium.  ISCAS '99.1999：II-65-II-68.
[2] Maxim Instruments.MAX263/MAX264/MAX267/MAX268  user’s guide[Z].
[3] 郝媚美，鄭應文.一種實用的利用鎖相環(huán)實現(xiàn)的倍頻電路[J].福建電腦，2001（9）：22-25.
[4] WILLIAMS A B.電子濾波器設計手冊[M].喻春軒譯.北京：電子工業(yè)出版社，1986.
[5] 徐明遠，劉增力.MATLAB仿真在信號處理中的應用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1986.