測量系統從傳感器拾取的信號中，往往包含有噪聲和許多與被測量無關的信號，并且原始的測量信號經傳輸、放大、變換、運算及各種其他的處理過程，也會混入各種不同形式的噪聲，從而影響測量精度。這些噪聲一般隨機性強，很難從時域中直接分離，但限于其產生的機理，其噪聲功率是有限的，并按一定的規律分布于頻域某一特定的頻帶中。信號分離電路一般采用濾波器實現噪聲的抑制，提取所需的測量信號。但是系統中采用的濾波器的形式和截止頻率往往是固定的，很難做到可調，這就給系統的設計帶來一定的不便。然而，開關電容濾波器的使用可以很好地解決這一問題，但是開關電容濾波器的價格較高，會提高系統的設計成本，因此，這里提出了一種基于狀態變量濾波器的解決方案，本設計能夠大大降低制作成本，具有很高的應用前景。

　　1 系統設計方案

　　設計了一個濾波形式和截止頻率可以通過鍵盤設置的程控濾波器。濾波器輸入端采用同相放大電路進行阻抗匹配，使輸入電阻達到兆歐數量級。該系統主要由3個部分組成：人機交互模塊、雙二階環路濾波模塊、可變電阻模塊。

　　雙二階環濾波器電路的截止頻率與Q值由其中某些電阻、電容值決定，且兩參數相互獨立。R-2R梯形網絡、電流輸出型DAC可等效為阻值僅受輸入數據控制的電阻。通過由單片機控制的DAC作為等效電阻來控制濾波器的截止頻率和Q值，可實現濾波器參數精確程控，且濾波器參數調節的精度隨著DAC位數的增加而增大。該方案可由同一電路產生高通、低通、帶通、帶阻濾波器，節約了硬件資源，從而有效地降低設計成本。圖1為該系統設計框圖。

　　2 硬件電路設計

　　2．1 雙二階環路濾波器

　　本系統的核心部分為雙二階環路濾波器，雙二階環路濾波器利用兩個以上由加法器、積分器等組成的運算放大電路，根據所要求的傳遞函數，引入適當的反饋構成濾波電路。其突出的特點是電路靈敏度低，因而特性穩定，并可實現多種濾波功能，經適當改進還可以減少運算放大器的數目。本系統采用了TI公司的四通道運放OPA404，設計了一個雙二階環濾波電路。OPA404是一款四路高速精密運算放大器，其帶寬可達* MHz，電壓擺率可達35 V／s，可以實現本系統的設計要求，電路原理圖如圖2所示。