抗混�濾波�(anti-alias filter)是一�(gè)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�
�(dòng)�(tài)信號(hào)�(cè)試分析系�(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�(duì)模擬信號(hào)�(jìn)行離散化�(shí),采樣頻率f2至少�(yīng)2倍于被分析的信號(hào)的頻率f1,即:f2�2f1;否則可能出�(xiàn)因采樣頻率不夠高,模擬信�(hào)中的高頻信號(hào)折疊到低頻段,出�(xiàn)虛假頻率成分的現(xiàn)象(如下圖所示),稱之為:混��
基本原理
工程�(cè)量中采樣頻率不可能無限高也不需要無限高,因?yàn)橐话阒魂P(guān)心一定頻率范圍內(nèi)的信�(hào)成份。為解決頻率混疊,在�(duì)模擬信號(hào)�(jìn)行離散化采集�,采用低通濾波器濾除高于1/2采樣頻率的頻率成份。實(shí)際儀器設(shè)�(jì)�,這�(gè)低通濾波器的截止頻�(fc)為:
截止頻率(fc�=采樣頻率(fs�/2�56
在�(jìn)行動(dòng)�(tài)信號(hào)�(cè)試中�(cè)�?jī)x器必須具有抗混濾波功�,例如:在大型橋�、高�、機(jī)械設(shè)備等�(dòng)�(tài)振動(dòng)�(cè)試及模態(tài)分析中,信號(hào)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�(gè),但我們只�(guān)心對(duì)振動(dòng)貢獻(xiàn)的前幾階模態(tài)。如果不�(duì)振動(dòng)的模擬信�(hào)�(jìn)行低通抗混濾波,高階模態(tài)頻率很可能會(huì)混疊到低頻段,形成虛假的模態(tài)頻率,給模態(tài)參數(shù)�(shí)別帶來困��
性能指標(biāo)
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(biāo)以低通濾波器為例,理想的低通濾波器為矩�,但�(shí)際中是不可能�(shí)�(xiàn)�。衡量低通濾波器性能的指�(biāo)主要包括以下幾方面:
帶內(nèi)波紋度:通帶的幅值精度指�(biāo),例如:帶內(nèi)波紋度為±0.1dB�(shí),對(duì)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�,一般的�(shù)采器用很高的采樣頻率�(jìn)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�。一般采用每�(gè)倍頻程的下降分貝�(shù)衡量,例如:滿足工程�(cè)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(hào)處理芯片的出�(xiàn),現(xiàn)代測(cè)試儀器中已采用模擬濾波加�(shù)字濾�,使濾波器性能指標(biāo)突飛猛�(jìn)。例�:帶內(nèi)波紋度可�(dá)±0.05dB,阻帶下降斜率可達(dá)到約-200dB/oct,大大好于純模擬濾波器�
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�。該響應(yīng)非常平坦,非常接近DC信號(hào),然后慢慢衰減至截止頻率�(diǎn)�-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�(duì)于維�(hù)增益的平坦性來說非常重��
貝塞爾響�(yīng)
除了�(huì)改變依賴于頻率的輸入信號(hào)的幅度外,濾波器還會(huì)為其引入了一�(gè)延遲。延遲使得基于頻率的相移�(chǎn)生非正弦信號(hào)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�?cái)嗖槐匾盘?hào)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)�(jì)多達(dá)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�(gè)表格用于切貝雪夫響應(yīng)∶一�(gè)用于0.1dB通帶紋波;另一�(gè)用于1dB通帶紋波�
板上濾波器雖然對(duì)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�(shí)要注意以下事�(xiàng)�
干凈�
如果決定使用板上濾波器,在布線時(shí)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(hào)地線上的干擾是十分嚴(yán)重的。如果直接將電纜的濾波電容連接到這種地線上,�(huì)造成�(yán)重的共模輻射問題。為了取得較好的濾波效果,必須準(zhǔn)備一塊干凈地。并與信�(hào)地只能在一�(diǎn)連接起來,這�(gè)流通點(diǎn)稱為“橋�,所有信�(hào)線都從橋上通過,以減小信號(hào)�(huán)路面��
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�。否�,一根導(dǎo)線的未濾波部分會(huì)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(shí),使用金屬板遮擋一�,隔離近�(chǎng)干擾�
與機(jī)箱的搭接
安裝濾波器的干凈地要與金屬機(jī)箱可靠地搭接起來,如果機(jī)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(jī)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��
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)�(jì)線路板與�(jī)箱(金屬板)的連接�(jié)�(gòu)�(shí)要特別注��
分組
在端口濾波的電纜和不濾波的電纜應(yīng)盡量�(yuǎn)�,防止發(fā)生上述的耦合問題�
維庫電子�,電子知�(shí),一查百��
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