DSP濾波器用于擴(kuò)展數(shù)字化儀器的性能(06-100)

　　相位校正

　　數(shù)字信號(hào)通常由基波和大量諧波組成，數(shù)字測量系統(tǒng)除了保證被測信號(hào)的幅度—頻率響應(yīng)之外，對(duì)于相位—頻率響應(yīng)亦不應(yīng)引入相位延遲。由于數(shù)字示波器的硬件往往使高頻諧波產(chǎn)生相移，結(jié)果是信號(hào)的群延遲增加。為了消除群延遲導(dǎo)致信號(hào)失真，只有提高儀器的帶寬或由DSP濾波器作相位校正，顯然后者是最經(jīng)濟(jì)有效的辦法。借助與幅度平整使用的FIR濾波器的相似設(shè)計(jì)，不難使重建波形的群延減小，使被測高速數(shù)字波形的瞬態(tài)失真保持在最低限值以內(nèi)。

　　噪聲降低

　　根據(jù)白噪聲的廣譜分布特性，數(shù)字測量系統(tǒng)的帶寬越高則背境噪聲越大，使用多次平均或DSP濾波器可明顯降低背境噪聲，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字示波器來說，只有DSP濾波器是可行的辦法。但是，F(xiàn)IR濾波器在降低噪聲的同時(shí)，也導(dǎo)致實(shí)時(shí)帶寬的減小，因此，設(shè)計(jì)工程師必須在噪聲與帶寬之間作出折衷。

　　帶寬提升

　　如上所述，使用Sinx函數(shù)的波形重建可獲得平滑下降的頻率特性，不會(huì)產(chǎn)生混淆頻率，但-3dB帶寬只有取樣頻率的1/4(BW=1/4fs)，而且在奈奎斯特頻率fN至取樣頻率fs之間還有高頻分量存在(圖2中的斜線部分)。數(shù)字示波器靈巧運(yùn)用提升高頻幅度的DSP濾波器，與原來sinX函數(shù)的平滑下降幅度相加，形成了接近磚墻型的高頻下降頻率響應(yīng)曲線，使-3dB帶寬得到擴(kuò)展。如圖4所示，下面是sinX/X曲線，上面是帶寬提升濾波器曲線，中間是補(bǔ)償后的頻率響應(yīng)曲線，補(bǔ)償后的曲線使-3dB帶寬增加，形狀更像磚墻。為了明確區(qū)分?jǐn)?shù)字示波器由硬件獲得的sinX函數(shù)頻響特性和由DSP濾波器提升的頻響特性，將前者標(biāo)為數(shù)字示波器模擬帶寬，后者稱為DSP帶寬。顯而易見，DSP帶寬的擴(kuò)展導(dǎo)致背境噪聲的增加，如何綜合平衡帶寬與噪聲的取舍，將由設(shè)計(jì)工程師視被測信號(hào)而定。一般情況下，儀器供應(yīng)商為用戶提供多種DSP帶寬作為選項(xiàng)，在保證模擬帶寬的前提下，獲得對(duì)被測信號(hào)最有利的DSP帶寬。