示波器的数字滤波器的功能分析

luke

摘要

相信很多人都听过数字滤波器，但是很多人对它都只是浅尝辄止，并没有很深入的了解，那么数字滤波器到底什么，它有什么惊为天人的秘密呢！本文将带你进入它那不一样的世界。

一、数字滤波器的定义

它可对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，是一种对信号有处理作用的器件或者电路。相当于频率的“筛子”。它输入输出均为数字信号，通过一定的运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。

数字滤波器实现的方法的有两种：一种是使用计算机软件来实现；另一种方法是使用乘法器，延迟单元和加法器设计一个专用的数字硬件系统。

二、数字滤波器的定义

数字示波器与模拟示波器相比较，其优势体现在三点，分别是精度更高、信噪比更高、可靠性更高。

三、数字示波器的分类

数字示波器的种类很多，分类方法也不同。

（1）从功能上分：低通、高通、带通、带阻。

（2）从实现方法上分：FIR、IIR.

（3）从设计方法上来分：Butterworth(巴特沃斯)、Chebyshe（切比雪夫）、Ellips （椭圆）等。

（4）从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器。

简单介绍四种典型示波器

本次首先主要介绍经典滤波器中的4种典型滤波器：低通、高通、带通、带阻。

1、幅频特性如下：

2、由上图1可知，根据频率特性:

低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声；

通带0~ωC2，上截止频率ωC2

高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量；

通带ωC1~∞，下截止频率ωC1

带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声；

通带ωC1~ωC2，上下截止频率ωC1、ωC2

中心频率：ω0=sqrt(ωC1*ωC2)

带宽：B=ωC1-ωC2

品质因数：Q=ω0/B，反映滤波器的分辨率

带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。

通带0~ωC1，ωC2~∞，ω0=sqrt(ωC1*ωC2)

理论上我们知道，低通与高通串联得带通滤波器；低通和高通并联得带阻滤波器。

四、理想滤波器和实际滤波器的对比

根据图1四种幅频特性曲线可知，只有通带和阻带，通带中的增益为常数且信号幅值和相位基本不失真；阻带中的增益为零，频率成分衰减为零，通带与阻带之间有明显的分界线，这种为理想滤波器。

理想示波器是不存在的，如图2的实际低通滤波器的幅频特性为例，实际滤波器通带中的增益不是常数，阻带中的增益也不是零，而通带阻带间没有明显的界限，两者之间有一个过度带。在过渡带内的频率成分只会受到不同程度的衰减，不会被完全抑制，过渡带越窄越好也就是通带外的频率成分衰减得越快、越多越好，所以ZDS2024示波器新增数字滤波功能，可以使通带内具有很好的平坦度、阻带内有足够的衰减和足够小的阻带纹波，以及陡降的过渡带如下图3。

下图3为是ZDS2024数字滤波器在设置归一化截止频率为0.08的低通巴特沃斯滤波器的幅频响应曲线：

数字滤波中的高通滤波和低通滤波的功能，可以更好的帮助工程师实现噪声干扰的滤除和削减。数字滤波器的滤波效果相对于模拟滤波具有更好的减少噪声的效果，相对于普通的减少噪声方式来说有更明显的效果。