壹、總體方案設計
1.1的程控放大器方案
題目要求放大器輸入信號幅度為10mV，即峰峰值為20mV，電壓增益為60dB，增益步長為10dB，電壓增益誤差小於5%，通帶為100hz-40khz。
方案壹:用低噪聲運算放大器OP37根據需要放大6個不同幅度的通道，然後用繼電器或模擬開關切換通道。該方案硬件實現簡單，增益控制精確。但控制相對復雜，涉及元件多，不利於系統的快速實現。
方案2:使用可變增益放大器AD603的電壓控制增益連接。AD603是壹款低噪聲、寬帶(最大90M增益帶寬積)可變增益運算放大器。根據文獻給出的增益公式，可以直接得到增益的連續控制，結果是對數值。可以方便地實現0db到60dB的增益範圍。
綜合以上分析，我們認為方案2的可操作性最好，經過運放調整後，方案2很容易滿足峰峰值要求，因此選擇方案2。
1.2程控濾波方案
題目要求濾波器可設置為低通和高通濾波器，-3dB的截止頻率為1k ~ 20kHz，頻率步進為1K~20KHz，兩個系統的總增益不大於30dB。我們正在考慮以下方案:
方案壹:低通、高通、帶通濾波器可以用現成的濾波器芯片實現，比如Maxim的開關電容濾波器芯片MAX262，中心頻率範圍可以從DC到140KHz，可以很好的滿足題目的要求。
方案二:采用狀態可調濾波器，由三個運算放大器和電阻電容組成。電路相對簡單，可以實現三路輸出:LPF、BPF和HPF。可以使用決定Q值的電阻和決定中心頻率的電容，通過不同的電阻切換中心頻率，實現1k ~ 20kHz的截止頻率和1K~20KHz的頻率步進。
方案3:通過使用狀態可調濾波器來實現。利用DA內部的R-2R電阻網絡，通過控制數字量來改變電阻，從而改變濾波器的中心頻率，以滿足題目的要求。
經過比較，我覺得第壹種方案比較好，但是因為沒有買開關電容濾波器的芯片，所以放棄了這種方案，采用了第三種方案，用數字量控制DAC0832的內阻網絡來實現中心頻率的變化。該方案可操作性強，容易滿足要求。
1.3四階橢圓濾波器
四階橢圓濾波器的方案如下:
方案壹:利用狀態可調變量濾波器的LP、BP、HP輸出可以得到二階橢圓低通濾波器，串聯兩個二階節可以實現四階橢圓低通濾波器。
方案二:利用運算放大器，借助現有的濾波器求解軟件和軟件直接給出的電路，進行適當的調整，可以實現4階低通橢圓濾波器。
對比兩種方案，第壹種方案可以很好的滿足題目的要求，但是調試起來比較麻煩，技術要求也比較高。第二種方案電路形式簡單，制作速度快，故采用第二種方案。
1.4幅頻特性測試儀
課題要求我們制作壹臺幅頻特性測試儀。掃頻範圍為100 Hz ~ 200 kHz，頻率步進為10KHz。掃頻方案采用DDS芯片，可以很好的實現線性掃頻。有兩種主要的檢測方案:
方案壹:先檢測後放大的方案。檢測放大方案壹般采用峰值檢測的方法。檢測到輸出後，使用步進分壓器，然後使用直流放大器放大信號進行測量。然而，應該註意的是，檢測器二極管的參數會影響最小信號的分辨率。
方案二:先放大再檢測的方案。放大檢測方案壹般采用平均檢測的方法。輸入信號首先進入步進分壓器，然後經過放大後送到平均值檢波器。然而，應該註意的是，放大器的帶寬會影響被測信號的頻率範圍。
我們要測試的頻率範圍是100 Hz ~ 200 kHz，對放大器增益和帶寬積的要求不是很高，所以采用放大檢波的方案。
二、系統設計:
整個系統分為兩部分，程控濾波模塊和幅頻特性曲線測試模塊。系統模塊框圖如下:(圖省)
2.1可編程放大器的實現
根據題目要求，當輸入峰峰值為20mV時，程控放大器的動態範圍應為60dB，輸出峰峰值應為2mV-20V。本設計采用AD603的連續模式(最佳信噪比)。該方案將兩個AD603的增益曲線結合起來，以擴展動態範圍。如下圖所示，組合增益範圍約為-20dB到60dB，可以滿足題目動態範圍的要求。
由於AD603的電源電壓較低，因此輸出電壓幅度範圍的要求可以通過使用基於AD603放大的具有更高電源電壓的運算放大器來調整和實現。
2.4幅頻特性曲線測試儀的實現
測試幅頻特性曲線時，掃頻由MSP430F1611單片機控制DDS實現，檢測采用AD637進行有效值檢測，ADS8505作為單片機外設對AD637的輸出進行采樣。單片機最小系統采用紅外遙控鍵盤和320x640大液晶顯示屏。
三、系統軟件流程圖:
3.1程控濾波器流程圖如下:(圖文省)
3.2幅頻測試儀流程圖:(保存圖)
第四，系統測試
4.1測試儀器:
4.2主要測試結果:
4.3放大器測試數據
60dB測試平均增益誤差為1.85%，平均電壓增益誤差為3.37%。
4.4過濾器參數的測試數據
截止頻率的平均誤差為0.027%。
4.5橢圓濾波器參數測試
-3dB的通帶誤差為(50-49.6)/50 = 0.8%。由於噪聲較大，甚至有70 mV以上的DC輸出，基本可以認為在現有條件下200K的增益是不準確的。本設計的參數是在示波器隔離的情況下測量的。
4.6誤差分析
通過對仿真得到的電路參數進行修正，系統獲得了良好的指標參數。但理論分析仍有較大誤差，基本如下:
1.校準時，F40信號發生器用於產生20mV信號。信號的信噪比很差，噪聲功率的幹擾會引起誤差的引入，還有幅頻特性測試儀的信號源。
2.校準用的晶體管毫伏表本身就是機械表，會造成比較大的誤差，同時人眼在讀數時也會引入較大的誤差。
3.這個題目模擬電路比較多。調試時會綜合各方面對電路進行補償，根據題目要求進行平衡，也會造成壹些誤差。
4.電源的使用往往是引入電路噪聲的關鍵，尤其是在測量小信號時。
電路校正:通過誤差分析，本設計做了壹些運算來減小誤差。
1.利用AD9954的自制PCB提高輸出信號的信噪比。
2.使用儀器時，取多次平均值，以減少模擬儀表與人眼讀數之間的誤差。
3.對關鍵的模擬電路做PCB，對信號的接地進行特殊處理，降低模擬電路的調試難度。
4.電源系統采用隔離性好的R型變壓器，從源頭上減少噪聲的引入。
動詞 （verb的縮寫）設計總結
經過幾天的努力，我們終於達到了題目給出的所有要求。同時，由於時間緊迫，系統還不完善。比如幅頻特性測試儀的圖形顯示就不是很人性化。雖然我們知道橢圓濾波器是幾個濾波器疊加的結果，沒有足夠的時間去推導和制作，但是加深對電子設計知識的理解和團隊合作是大賽最大的收獲。