模擬開關(guān)和繼電器都可以控制通道的選擇。模擬開關(guān)的作用就是用在模擬信號的傳輸路徑切換電路中，開關(guān)在電路中起接通信號和斷開信號的作用。最常見的可控開關(guān)是繼電器，當(dāng)驅(qū)動繼電器的電路加高電平或低電平時，繼電器就吸合或釋放，其觸點接通或斷井電路。CMOS模擬開關(guān)是半導(dǎo)體器件，它不像繼電器那樣可以用在大電流、大電壓的場合，當(dāng)輸入信號過低或者過高時，MOSFET處于反向偏量，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時（超過限制0.3 V），開關(guān)無法正常工作，因此模擬開關(guān)只適用于處理幅度不超過其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號。模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻隨輸入信號的變化而變化，對信號有一定的影響。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

常見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，檢波管導(dǎo)通，對電容充電。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現(xiàn)峰值檢波。峰值檢波能檢測的信號頻率范圈很寬，被檢測信號頻率低時檢波的紋波較大，且二極管是非線性元件，當(dāng)交流電壓較小時，檢測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得各種波形的真實有效值，而且測量精度高。

2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

本系統(tǒng)用FPGA產(chǎn)生方波，分頻后用八階橢圓低通開關(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。可通過按鍵選擇波形和合成階數(shù)。通過RC移相網(wǎng)絡(luò)使得信號產(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。各次諧波信號依次經(jīng)過峰值檢波電路處理后送入單片機(jī)，單片機(jī)對分頻濾波后的信號采樣，經(jīng)過一系列處理后，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

3.1 整個系統(tǒng)中電源的去耦問題

在整個系統(tǒng)中會用到很多的運算放大器芯片。一般來說，運算放大器的供電電源端應(yīng)連接去耦電容（對交流放大器尤其需要），以消除信號電流通過電源內(nèi)阻給電路帶來的影響。運算放大器的性能不同，其去耦電容的容量也有所不同。對于低速運算放大器，一般在緊靠運放供電端與電源地之間接容量為0.1μF的電容就可以了，但是對于高速運算放大器，應(yīng)當(dāng)在緊靠運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。整個系統(tǒng)中所有的運算放大器都做了去耦處理，只是畫圖中為簡單起見，省略了去耦電容。

除此之外，運算放大器的地線連接也有講究，對于小功率運放而言，地線連接無特殊要求，但對于較大功率的運算放大器，地線連接相當(dāng)重要?？偟脑瓌t是地線應(yīng)短而粗并且在同一點連接。本系統(tǒng)中數(shù)字地模擬地共存，因此設(shè)計時將所有模擬地和數(shù)字地分別連接，最后電路中的模擬地和數(shù)字地與電源地一點匯集。

3.2 濾波電路

圖2、圖3中兩個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，若用無源濾波，電容、電感的元件值及體積都會很大，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放在低頻段的諸多優(yōu)勢（尤其是低噪聲運放）達(dá)到很好的濾波效果。10 kHz、30 kHz、50 kHz信號經(jīng)八階橢圓開關(guān)電容濾波器濾波后，10 kHz、30 kHz、50 kHz信號再分別用理論截止頻率為20kHz、35 kHz、55 kHz的低通濾波器濾波，理論值與實際截止頻率有一定的偏差，為防止有用信號落在通頻帶之外，理論截止頻率沒有按照嚴(yán)格的10kHz和30kHz。