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1、模拟滤波器的应用模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置例如：带通滤波器用作频谱分析仪中的选频装置；低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波；高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声；带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器，等等。 用于频谱分析装置中的带通滤波器，可根据中心频率与带宽之问的数值关系，分为两种： 一种是带宽B不随中心频率人而变化，称为恒带宽带通滤波器，如右图（a）所示，其中心频率处在任何频段上时，带宽都相同； 另一种是带宽B与中心频率人的比值是不变的，称为恒带宽比带通滤波器，如右图（b）所示，其中心频率越高，带宽也越宽 （a）（b） 一般情况下，为使滤波器
2、在任意频段都有良好的频率分辨力，可采用恒带宽带通滤波器（如收音机的选频）所选带宽越窄，则频率分辨力越高，但这时为覆盖所要检测的整个频率范调，所需要的滤波器数量就很大因此，在很多时候，恒带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的，而是利用一个参考信号，使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化在做信号频谱分析的过程中，参考信号是由可作频率扫描的信号发生器供给的这种可变中心频率的恒带宽带通滤波器被用于相关滤波和扫描跟踪滤波中 恒带宽比带通滤波器被用于倍频程频谱分析仪中，这是一种具有不同中心频率的滤波器组，为使各个带通滤波器组合起来后能覆盖整个要分析的信号频率范围，其中心频率与带宽是按一定规律配置的。 假
3、若任一个带通滤波器的下截止频率为fc1，上截止频率为fc2，令fc1与fc2之间的关系为 fc1=2nfc1 式中n值称为倍频程数，若n=1，称为倍频在滤波器；n=13，则称为13倍频程滤波器滤波器的中心频率f0取为几何平均值，即： 根据上述两式，可以得 则滤波器带宽 如果用滤波器的品质因数Q值来表示，则有 故若倍频程滤波器，n=l，Q=1.41；n=13，Q=4.38；n=15，则Q=7.2倍频数n值越小，则Q值越大，表明滤波器分辨力越高根据上述关系，就可确定出常用倍频程滤波器的中心频率f0和带宽B值。 为了使被分析信号的频率成分不致丢失，带通滤波器组的中心频率是倍频程关系，同时带宽又需是邻
4、接式的，通常的做法是使前一个滤波器的一3dB上截止频率与后一个滤波器的一3dB下截止频率相一致，如图624所示这样的一组滤波器将覆盖整个频率范围，称之为“邻接式”的 下图表示了邻接式倍频程滤波器，方框内数字表示各个带通滤波器的中心频率，被分析信号输入后，输入、输出波段开关顺序接通各滤波器，如果信号中有某带通滤波器通频带内的频率成分，那么就可以在显示、记录仪器上观测到这一频率成分 192kHz/24bit音频DVD数字滤波器SM5847AF摘 要：SM5847AF 是日本NPC公司生产的能处理192kHz取样、24bit量化的音频DVD格式数字滤波器芯片，该芯片能够满足音频DVD1.0版中对音频
5、DVD最高取样频率及最大量化率的要求。本文详细介绍了SM5847AF的特点和功能，并给出了由SM5847AF组成的数字滤波器的应用电路。 关键词：SM5847AF； 音频DVD； 192kHz/24bit； 数字滤波器 在音频DVD 1.0版本发表时，音频DVD的最高取样频率为fs=192kHz，最大量化率为24bit。现在能够满足这一规格的数字滤波器已经面市。日本NPC公司已经推出能处理这一规格的高性能数字滤波器SM5847AF。1. SM5847AF的主要特征能适应音频DVD PCM码的全部取样频率和全部量化比特数； 双声道高性能8倍、4倍内插选择；内藏双声道独立数字去加重；内藏双声道独立
6、静音；多种输入输出格式；可选择关闭/打开；可选择高频抖动(dither)；具有数字降噪输出功能；采用44脚QFP封装形式；采用5V单电源供电。2. 功能说明2.1 音频DVD PCM对应音频DVD的PCM信号的取样频率有以下几种：其中双声道PCM有44.1kHz、88.2kHz、176.4kHz、48kHz、96kHz、192kHz六种；多声道PCM有44.1kHz、88.2kHz、48kHz、96kHz四种。量化率有16bit,20bit,24bit三种。除上述六种外，输入信号允许的fs还可有32kHz；量化率还有18bit。2.2 内插式FIR滤波器(超取样)SM5847AF内藏的滤波器运
7、算信号处理框图如图1所示，采用8倍内插FIR滤波器，滤波器的特性和运算时钟硬件方案是NPC惯用的线性相位2倍内插FIR滤波器，采用三段连接型。FIR滤波器的运算次数为：第一节FIR=169次，第二节FIR=29次，第三节FIR=17次。当取4倍内插输出时，可跳过第三节FIR，输出4fs数据。当工作到音频DVD最高fs=192kHz时，系统时钟频率显著增高。为了降低内部系统时钟及外部主时钟频率，从这里开始采用运算量低的FIR滤波器。8倍和4倍内插FIR滤波器的截止频率fc(6dB点)为取样频率fc的一半。通带上限频率为0.4535fs，阻带下限频率为0.5465fs。图2是三种不同工作组态时的频
8、谱图。图3是8倍内插时的实测频率特性。2.6 附加功能 SM5847AF具有对应fs=32kHz、44.1kHz和48kHz三种模式的左右独立去加重滤波器。还有由内部衰减运算实现的独立的软静音功能。 此外，还有可作8fs和4fs输出选择的OMD端(OMD=H时，选8fs；OMD=L时，选4fs)。在fs=192kHz时，取8fs高取样率输出，对DAC的变换速度有好处。 在通过内部运算对输出数据比特数进行修整时，可通过DITHN端的电平的高低来选择普通修整还是三角形随机密度功能TPDF高频抖动修整，这种高频振动取整功能能抑制微弱信号输出时量化噪声产生的特定高次谐波。3. 应用举例图7为SM584
9、7AF做数字滤波器与192kHz/24bitD/A变换器PCM1704U组成的应用电路。电路设定fs=192kHz，量化率为24bit输入输出的4fs输出模式(输出率768kHz)。NPC公司早就开始为CD和DAT等设备提供数字滤波芯片，有24bit输入输出和8倍超取样的SM5847AP/APT和SM5843AP，后来又有fs=96kHz的音频SM5847AP。而SM5847AF是针对音频DVD格式开发的，与此对应的方式的高性能DAC也在开发之中。NPC的这些芯片都是为高档次音频还原系统服务的。数字滤波器滤除电子测量系统中工频及其谐波干扰的研究日期：2006-4-10来源：现代电子技术 作者：
10、佚名字体：大 中 小 摘要：在电子测量中工频是主要的噪声干扰源之一，若不滤除将大大影响测量精度。而传统的模拟电路滤波器在精度方面无法与数字滤波器相比；另外对多阻带滤波器的设计摸拟电路更是无法实现。本设计用FIR(FiniteImpulseResponse)数字滤波原理设计了阻带范围分别为4852Hz，98102Hz，148152Hz的三阻带数字滤波器，经仿真实验证明其对电子测量系统中的工频50Hz及其二次谐波和三次谐波干扰将衰减30dB。对去噪后的信号进行分析，大大提高了测试系统的精度,整个过程分为多阻带滤波器的数学建模和滤波算法实现，并分析比较了不同窗函数和阶数的变化对滤波性能的影响。 关键
11、词：工频噪声抑制;FIR多阻带数字滤波;滤波器分辨率；数学建模 电子测量系统中的主要噪声源是来自电网的50Hz工频及其谐波干扰,主要是二次谐波和三次谐波,而更高次谐波由于其频谱分量小可以忽略,若不去除其噪声污染,必将影响测量精度。传统的模拟滤波器在精度方面无法与数字滤波器相比,尤其在多阻带多通带滤波器设计方面，模拟滤波器更是无能为力。本文正是依据噪声源的特点,利用数字信号处理理论设计了一个高阶多阻带多通带滤波器,利用数值计算的方法达到抑制噪声提取信号和便于应用的目的。 1FIR多阻带多通带数字滤波器设计 1.1理想三阻带FIR数字滤波器系统的频谱特点及时域模型若一个三阻带数字滤波器，其频率特性
12、为H(ej)，1.2三阻带M阶因果FIR数字滤波器的设计 FIRDF的设计方法主要建立在对理想滤波器频率特性作某种近似的基础上。本设计采用窗函数法。窗函数法即选用一个长度为N=M+1点长的窗函数截取式(1)为有限长,并右移得到一个长为N的因果序列hN(n)，三阻带M阶因果FIR数字滤波器的数学模型为： 其中：hN(n)是1个全通滤波器减去3个带通滤波器。 另外，窗函数的选择不同对多阻带滤波器的频谱影响也会不一样，这将作为一个独立的问题随后讨论。当采样频率为1500Hz，阶数M=999，阻带分别为4852Hz,98102Hz,148152Hz时，式（2）所表示的三阻带滤波器的频谱如图2所示。 从
13、图2还可以看到，该滤波器具有线性相位，这也是FIR滤波器的优点之一。 2时域卷积计算滤波输出 2.1混有噪声的信号x(n)的采集 有用信号为s(n)，被工频噪声和其谐波污染，由于高次谐波所占的频谱份量较小而忽略不计，只考虑到其二次100Hz和三次谐波150Hz的干扰，因此所设计的滤波器仅有3个阻带。实际上，若还考虑4次、5次等谐波的干扰，则阻带应增加到5个，设计方法类似，只要修改其数学模型即可。为了便于验证滤波器的性能，现假设有用信号为s(n)为一个频率为75Hz的正弦信号，则信号x(n)的时域和频域图如图3所示。 2.2时域卷积 设x(n)的长度为N1点，滤波器hN(n)长度为N2,则卷积输
14、出y(n)应为N1+N2-1点，但只有y(N2-1)y(N1-1)的N1-N2点才是真正的结果1。y(n)的时域和频域如图4所示。 3改变参数对滤波效果的影响 3.1阶数变化对滤波性能的影响 在保持抽样频率为fs=1500Hz不变,窗函数不变的情况下,变化滤波器的阶数,滤波效果也会发生明显的变化,下面就阶数M=399,499,599时滤波器的滤波效果进行了比较，如图5所示。可以得出，阶数N增大,N/fs=T则越小，所以滤波器的分辨率f=1/T越好1，则滤波效果越好，与试验结果一致。3.2不同窗函数对滤波性能的影响 要达到好的滤波效果，不仅需要较高的滤波阶数，还需要选择合适的窗函数2。下面，就在阶数为399阶,抽样频率1500Hz的情况下，将不同窗函数对滤波效果的影响进行了比较，如图6所示。 经过以上比较，可见汉宁窗和哈明窗的滤波效果都要好于布莱克曼窗。这是因为汉宁窗和哈明窗的主瓣宽度为Bo=8/N,而布莱克曼窗的主瓣宽度为Bo=12/N。可见，主瓣宽度对滤波效果的影响起主要作用。主瓣越窄滤波效果越好1。随着阶数M的增加，主瓣宽度变窄，窗函数的影响也变得越来越小,所以,在阶数比较小的时候,窗函数对滤波效果的影响很大。 4结语 由于工频噪声及其谐波间的带宽只有50Hz,为了更好地抑制这种干扰，要求各阻带间的过渡带比较窄，而窗函数的主瓣宽度影响滤波器的过渡带
