模擬開(kāi)關(guān)和繼電器都可以控制通道的選擇。模擬開(kāi)關(guān)的作用就是用在模擬信號(hào)的傳輸路徑切換電路中，開(kāi)關(guān)在電路中起接通信號(hào)和斷開(kāi)信號(hào)的作用。最常見(jiàn)的可控開(kāi)關(guān)是繼電器，當(dāng)驅(qū)動(dòng)繼電器的電路加高電平或低電平時(shí)，繼電器就吸合或釋放，其觸點(diǎn)接通或斷井電路。CMOS模擬開(kāi)關(guān)是半導(dǎo)體器件，它不像繼電器那樣可以用在大電流、大電壓的場(chǎng)合，當(dāng)輸入信號(hào)過(guò)低或者過(guò)高時(shí)，MOSFET處于反向偏量，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)（超過(guò)限制0.3 V），開(kāi)關(guān)無(wú)法正常工作，因此模擬開(kāi)關(guān)只適用于處理幅度不超過(guò)其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號(hào)。模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻隨輸入信號(hào)的變化而變化，對(duì)信號(hào)有一定的影響。繼電器壽命高、靈敏度高、轉(zhuǎn)換速度快、電磁干擾小，故本系統(tǒng)使用繼電器進(jìn)行通道切換。

1.6 檢波方案的設(shè)計(jì)

常見(jiàn)的檢波方法主要有兩種：峰值檢波和有效值檢波?；镜姆逯禉z波電路由二極管電路和電壓跟隨器組成，當(dāng)輸入電壓正半周導(dǎo)通時(shí)，檢波管導(dǎo)通，對(duì)電容充電。選擇適當(dāng)?shù)碾娙葜?，使得電容充電速度大于放電速度，這樣電容兩端的電壓可以保持在最大電壓處從而實(shí)現(xiàn)峰值檢波。峰值檢波能檢測(cè)的信號(hào)頻率范圈很寬，被檢測(cè)信號(hào)頻率低時(shí)檢波的紋波較大，且二極管是非線性元件，當(dāng)交流電壓較小時(shí)，檢測(cè)的直流電壓偏離其峰值較多。而采用有效值檢波不僅可以直接測(cè)得各種波形的真實(shí)有效值，而且測(cè)量精度高。

2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)用FPGA產(chǎn)生方波，分頻后用八階橢圓低通開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX297初步濾波，然后用三階低通巴特沃斯濾波器進(jìn)一步濾波。分頻濾波后即可得到10 kHz、30 kHz、50 kHz的正弦波?？赏ㄟ^(guò)按鍵選擇波形和合成階數(shù)。通過(guò)RC移相網(wǎng)絡(luò)使得信號(hào)產(chǎn)生確定的相位差，根據(jù)方波三角波各次諧波組成關(guān)系，把各次諧波疊加，即可得到近似方波和三角波。各次諧波信號(hào)依次經(jīng)過(guò)峰值檢波電路處理后送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)分頻濾波后的信號(hào)采樣，經(jīng)過(guò)一系列處理后，將峰值用LCD顯示。系統(tǒng)框圖如1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 整個(gè)系統(tǒng)中電源的去耦問(wèn)題

在整個(gè)系統(tǒng)中會(huì)用到很多的運(yùn)算放大器芯片。一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)算放大器的供電電源端應(yīng)連接去耦電容（對(duì)交流放大器尤其需要），以消除信號(hào)電流通過(guò)電源內(nèi)阻給電路帶來(lái)的影響。運(yùn)算放大器的性能不同，其去耦電容的容量也有所不同。對(duì)于低速運(yùn)算放大器，一般在緊靠運(yùn)放供電端與電源地之間接容量為0.1μF的電容就可以了，但是對(duì)于高速運(yùn)算放大器，應(yīng)當(dāng)在緊靠運(yùn)放的供電端與電源地之間用容量為10μF和容量為0.01μF的電容器并聯(lián)連接。整個(gè)系統(tǒng)中所有的運(yùn)算放大器都做了去耦處理，只是畫(huà)圖中為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，省略了去耦電容。

除此之外，運(yùn)算放大器的地線連接也有講究，對(duì)于小功率運(yùn)放而言，地線連接無(wú)特殊要求，但對(duì)于較大功率的運(yùn)算放大器，地線連接相當(dāng)重要。總的原則是地線應(yīng)短而粗并且在同一點(diǎn)連接。本系統(tǒng)中數(shù)字地模擬地共存，因此設(shè)計(jì)時(shí)將所有模擬地和數(shù)字地分別連接，最后電路中的模擬地和數(shù)字地與電源地一點(diǎn)匯集。

3.2 濾波電路

圖2、圖3中兩個(gè)低通濾波器都是三階巴特沃斯低通濾波器。有源濾波器適應(yīng)在低頻段（<100 kHz）的濾波，當(dāng)頻率較低時(shí)，若用無(wú)源濾波，電容、電感的元件值及體積都會(huì)很大，大電容電感不易獲得，且誤差較大，而有源濾波器則可以依靠運(yùn)放在低頻段的諸多優(yōu)勢(shì)（尤其是低噪聲運(yùn)放）達(dá)到很好的濾波效果。10 kHz、30 kHz、50 kHz信號(hào)經(jīng)八階橢圓開(kāi)關(guān)電容濾波器濾波后，10 kHz、30 kHz、50 kHz信號(hào)再分別用理論截止頻率為20kHz、35 kHz、55 kHz的低通濾波器濾波，理論值與實(shí)際截止頻率有一定的偏差，為防止有用信號(hào)落在通頻帶之外，理論截止頻率沒(méi)有按照嚴(yán)格的10kHz和30kHz。