一、方案选择
1.1可调增益放大器部分
选用集成运放构成比例运算电路，这里对运放的增益带宽积有一定的要求。根据增益带宽积为常数的原理，可先确定单位增益带宽，选择出运放。再根据增益的步进值定出各个反馈电阻的值，利用模拟开关选通各个电阻，从而实现增益的步进可调，放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。
1.2.程控滤波器部分
采用集成芯片MAX264构成滤波器。这种滤波器可通过选择工作模式实现低通、高通、带通三种滤波方式。其低通、高通截止频率可通过编程设置，低通截止频率可高达140kHz,但这种滤波器需要根据参数确定时钟频率，且传输函数较为烦琐，可通过编软件进行模拟实现。该集成器件有些引脚需要正负5伏供电，所以需要电平转换电路。本系统软件编程较为简单，硬件不太复杂。
二、系统设计
系统结构如图1所示。
三、理论分析与计算
1.放大器增益
放大器部分采用AD620、模拟开关和精密可调电阻构成
根据公式： Rg=49.4K/（G-1）
即： G=49.4K/Rg+1
用单片机控制模拟开关的三个输入端以控制所选择的电阻从而达到 10db~60db增益可调的目的，且较高。
2.滤波器的截止频率
MAX264 内集成了设计滤波器所需的电阻电容，在应用中几乎不用外接器件，使用非常简单，其中心频率、Q值及工作模式都可以通过对引脚编程控制，它可以工作于带通、低通、高通、带阻或是全通模式，时钟输入（外接时钟信号或晶振）和5比特编码控制可以地设置中心频率及Q值（0.5～64）。通过减小fclk/f比值，可使其通带截止频率（当保持电路输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至值的0.707倍，或某一特殊额定值时该频率）达140kHz。
四、理论分析与计算
1.放大器增益
放大器部分采用AD620、模拟开关和精密可调电阻构成。
根据公式： Rg=49.4K/（G-1）
即： G=49.4K/Rg+1
用单片机控制模拟开关的三个输入端以控制所选择的电阻从而达到 10dB~60dB增益可调的目的，且较高。
2.滤波器的截止频率
MAX264 内集成了设计滤波器所需的电阻电容，在应用中几乎不用外接器件，使用非常简单，其中心频率、Q值及工作模式都可以通过对引脚编程控制，它可以工作于带通、低通、高通、带阻或是全通模式，时钟输入（外接时钟信号或晶振）和5比特编码控制可以地设置中心频率及Q值（0.5～64）。通过减小fclk/f比值，可使其通带截止频率达140kHz。
低通滤波模式下由MUX264资料给出：
由上述四个独立变量fc、fclk、N、Q的关系式可知，只要fc、fclk、N、Q确定，则截止频率fc即可确定，所以要满足在1kHz~20kHz范围内可以步进1kHz的要求，即可通过改变MAX264的输入时钟频率fclk,编程设置Q端和F端来实现。但参数的不同选择要影响到系统中硬件与软件所占比例，其中fclk的变化要由时钟频率变换电路实现， 用单片机控制N、F，同时还需要逻辑电平转换电路。在参数的选择中，尽量发挥软件的灵活性，使硬件电路容易实现。依据公式，借助计算机计算得到满足要求的各组理论解，我们选择两个时钟输入频率提供给MAX264，再选择N、F来实现截止频率fc在1kHz~20kHz范围内步进1kHz的要求，低通，高通参数选择值列表（见表3、表4）。
3.f=2fc处总增益理论计算
经查MAX264的使用说明，其内部两个独立滤波电路都为二阶，且在其通带内的滤波信号放大增益为0dB，故在放大器增益为40 dB时，f=2fc处总增益为：
低通滤波时： G=40 dB -3 dB -40 （dB/dec）*（2/10）=29 dB
所以理论计算满足设计要求。
高通滤波时： G=40 dB -3 dB＋40 （dB/dec）*（－2/10）=29 dB
所以理论计算满足设计要求。
五、单元电路及程序设计
1.放大器
本放大器采用集成运放AD620 ，见图2。
2.程控滤波器
MAX264可以不加外部元件或加少量外部元件就可以实现低通、高通、带通、陷波器， 该芯片的引脚分布见图3。
MAX264芯片诸引脚功能如下（括号内数字为引脚号）：
V+（10）：供电正极，并接旁路电容尽量靠近该脚；
V-（18）： 供电负极，并接旁路电容尽量靠近该脚；
GND（19）：模拟地；
CLKA（13）：A单元时钟输入，该时钟在芯片内部被二分频；
CLKB（14）：B单元时钟输入，该时钟在芯片内部被二分频；
OSC OUT（20）：连至晶体，组成晶振电路（若接时钟信号时，该脚不连）；
INA,INB（5,1）：滤波器输入；
BPA,BPB（3,27）：带通输出；
LPA,LPB（2,28）：低通输出；
HPA,HPB（4,26）：高通/带陷/全通输出；
M0,M1（8,7）：模式选择，+5V高，-5V低；
F0-F4（24,17,23,12,11）：时钟与中心频率比值（FCLK/f0）编程端；
Q0-Q6（15,16,21,22,25,6,9）：Q编程端。
利用MAXIM 公司生产的CMOS开关电容滤波器MAX264设计的锁相跟踪带通滤波器， 电路简单，工作可靠，具有很高的实用价值。MAX264内部含有2 个独立的二阶开关电容带通滤波器，它有12个可编程输入端，其中5个用来设置滤波器中心频率，另外7个用来设置滤波器的品质因数Q ,因此，不需要外加任何元件，仅需要外部时钟就可以实现带通滤波功能，使用极为方便。对M0、M1两个引脚编程可使芯片工作于模式1、2、3、4几种方式。
模式1：当实现全极点低通或带通滤波器（如：切比雪夫、巴特沃斯滤波器）时这种模式是很有用的，有时该模式也用来实现带阻滤波器，但由于相关零极点位置固定，使得用作带阻时受到限制。
模式2：模式2用于实现全极点低通和带通滤波器，与模式1相比该模式的优点就是提高了Q值而降低了输出噪声，该模式下fclk/fo是模式1的{1}\over{\sqrt{2}}，这样就延宽了截止频率。
模式3：只有该模式下可实现高通滤波器，该模式下时钟频率低于模式1。
模式4: 只有该模式下才可以实现全通滤波器。
MAX264与单片机接口电路如图4所示。
图4 单片机接口电路
3.程序设计流程图
程序流程如图5所示。
六、测试方案与结果分析
1.测试条件
示波器：YUANLONG oscilloscope VD422M 40MHz.
函数信号发生器：SNING su3015 DDS 15MHz.
直流稳压电源：金盾 JWY—30G.
万用表：VICTOR vc890c+.
2.测试方案
首先针对放大模块，当输入低频和高频信号时测量放大后的电压值和上下限截止频率，计算放大器增益与通频带是否符合题目要求；然后将每放大后的信号送入滤波器，分别设置为低通和高通模式，在截止频率1kHz～20kHz可调的范围内分别测试其总的电压增益和实际截止频率。
3.放大模块测试
输入电压：10mv，当输入低频信号，信号放大倍数AU与下限频率Fl的关系测量值如表1：
当输入高频信号，信号放大倍数AU与的上限频率Fh关系测量值如下表：
4.滤波器模块测试条件及结果
条件：用示波器观察输出信号波形不失真，输出端接负载RL=1K。从示波器中得到各信号频率值，用万用表交流档测量输入信号频率变化过程中幅值衰减情况，记录各数据得到截止频率。
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