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抗混疊濾波器
閱讀�7002時間�2018-06-12 17:24:15

抗混�濾波�(anti-alias filter)是一�低通濾波器,用以在輸出電平中把混疊頻率分量降低到微不足道的程度�

定義

  動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)中為什么要使用抗混濾波器呢?大家都知道“奈奎斯特采樣定律�,在對模擬信號進行離散化時,采樣頻率f2至少�(yīng)2倍于被分析的信號的頻率f1,即:f2�2f1;否則可能出�(xiàn)因采樣頻率不夠高,模擬信號中的高頻信號折疊到低頻段,出現(xiàn)虛假頻率成分的現(xiàn)象(如下圖所示),稱之為:混��

詳細介紹

  基本原理
  工程測量中采樣頻率不可能無限高也不需要無限高,因為一般只�(guān)心一定頻率范圍內(nèi)的信號成份。為解決頻率混疊,在對模擬信號進行離散化采集前,采用低通濾波器濾除高于1/2采樣頻率的頻率成�。實際儀器設(shè)計中,這個低通濾波器的截止頻�(fc)為:
  截止頻率(fc�=采樣頻率(fs�/2�56
  在進行動態(tài)信號測試中測量儀器必須具有抗混濾波功�,例如:在大型橋�、高樓、機械設(shè)備等動態(tài)振動測試及模�(tài)分析�,信號所包含的頻率成份理論上是無窮的。例如:橋梁的模�(tài)理論上有無限多個,但我們只�(guān)心對振動貢獻的前幾階模態(tài)。如果不對振動的模擬信號進行低通抗混濾波,高階模態(tài)頻率很可能會混疊到低頻段,形成虛假的模態(tài)頻率,給模態(tài)參數(shù)識別帶來困難�
  性能指標
  抗混濾波器一般指低通濾波器,但濾波器有低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器、高通濾波器、高阻濾波器。濾波器的主要性能指標以低通濾波器為例,理想的低通濾波器為矩�,但實際中是不可能實�(xiàn)的。衡量低通濾波器性能的指標主要包括以下幾方面�
  帶內(nèi)波紋度:通帶的幅值精度指�,例如:帶內(nèi)波紋度為±0.1dB�,對幅值精度的影響約為±1%(這正是為什么一般的�(shù)采器幅值精度可以做到千分之幾,一般的�(shù)采器用很高的采樣頻率進行采集,不加低通濾波器)�
  阻帶下降斜率:濾波器在截至頻率開始下�,下降斜率越大越好。一般采用每個倍頻程的下降分貝�(shù)衡量,例如:滿足工程測量需要的阻帶下降斜率約為-80dB/oct�
  濾波器落差:帶通到帶阻差值的分貝�(shù)dB�
  值得一提的是:隨著DSP信號處理芯片的出�(xiàn),現(xiàn)代測試儀器中已采用模擬濾波加�(shù)字濾�,使濾波器性能指標突飛猛進。例�:帶內(nèi)波紋度可達�0.05dB,阻帶下降斜率可達到約-200dB/oct,大大好于純模擬濾波��

類型

  巴特沃斯響應(yīng)(最平坦響應(yīng)�
  巴特沃斯響應(yīng)能夠化濾波器的通帶平坦度。該響應(yīng)非常平坦,非常接近DC信號,然后慢慢衰減至截止頻率點為-3dB,最終逼近-20ndB/decade的衰減率,其中n為濾波器的階�(shù)。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應(yīng)�,其對于維護增益的平坦性來說非常重要�
  貝塞爾響�(yīng)
  除了會改變依賴于頻率的輸入信號的幅度�,濾波器還會為其引入了一個延�。延遲使得基于頻率的相移�(chǎn)生非正弦信號失真。就像巴特沃斯響�(yīng)利用通帶化了幅度的平坦度一樣,貝塞爾響�(yīng)最小化了通帶的相位非線��
  切貝雪夫響應(yīng)
  在一些應(yīng)用當(dāng)�,最為重要的因素是濾波器截斷不必要信號的速度。如果你可以接受通帶具有一些紋�,就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。附錄A包含了設(shè)計多�8階的具巴特沃�、貝塞爾和切貝雪夫響�(yīng)濾波器所需參數(shù)的表�。其中兩個表格用于切貝雪夫響�(yīng)∶一個用�0.1dB通帶紋波;另一個用�1dB通帶紋波�

安裝注意

  板上濾波器雖然對高頻的濾波效果不理想,但是如果應(yīng)用得�(dāng),可以滿足大部分民用�(chǎn)品電磁兼容的要求。在使用時要注意以下事項�
  干凈�
  如果決定使用板上濾波�,在布線時就要注意在電纜端口處留出一塊“干凈地�,濾波器和連接器都安裝在“干凈地”上。通過前面的討論,可知信號地線上的干擾是十分嚴重的。如果直接將電纜的濾波電容連接到這種地線�,會造成嚴重的共模輻射問�。為了取得較好的濾波效果,必須準備一塊干凈地。并與信號地只能在一點連接起來,這個流通點稱為“橋”,所有信號線都從橋上通過,以減小信號�(huán)路面積�
  并排�(shè)�
  同一組電纜內(nèi)的所有導(dǎo)線的未濾波部分在—起,已濾波部分在一起。否�,一根導(dǎo)線的未濾波部分會將另一根導(dǎo)線的已濾波部分重新污染使電纜整體濾波失效�
  靠近電纜端口
  濾波器與面板之間的導(dǎo)線的距離�(yīng)盡量�。必要時,使用金屬板遮擋一下,隔離近場干擾�
  與機箱的搭接
  安裝濾波器的干凈地要與金屬機箱可靠地搭接起來,如果機箱不是金屬的,就在線路板下方�(shè)置一塊較大的金屬板來作為濾波�。干凈地與金屬機箱之間的搭接要保證很低的射頻阻抗。如有必�,可以使用電磁密封襯墊搭�,增加搭接面�,減小射頻阻抗�
  接地線要�
  考慮到引腳的電感效應(yīng),其重要性前面已討淪,濾波器的局部布線和�(shè)計線路板與機箱(金屬板)的連接�(jié)�(gòu)時要特別注意�
  分組
  在端口濾波的電纜和不濾波的電纜應(yīng)盡量遠離,防止發(fā)生上述的耦合問題�

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