05_模拟滤波分析
模拟量采集滤波方法
模拟量采集滤波方法
首先，低通滤波是一种常见的模拟量采集滤波方法，它可以去除高频噪声和干扰，保留低频信号。
这种滤波方法在模拟信号处理中应用广泛，例如在音频处理和传感器信号处理中都有应用。
其次，高通滤波与低通滤波相反，它可以去除低频信号，保留高频信号，常用于去除直流偏置和低频干扰。
带通滤波是一种将特定频率范围内的信号通过，而抑制其他频率信号的滤波方法。
这种滤波方法常用于通信系统和生物医学信号处理中。
带阻滤波则是一种抑制特定频率范围内的信号，而允许其他频率信号通过的滤波方法。
它常用于去除特定频率的干扰信号。
除了上述常见的滤波方法外，还有其他一些特殊的滤波技术，如自适应滤波、小波变换滤波等，它们在不同的应用场景中发挥着重要作用。
总的来说，模拟量采集滤波方法的选择取决于信号的特性和应
用需求。
在实际应用中，需要根据实际情况选择合适的滤波方法，并结合滤波器的设计参数进行优化，以达到最佳的滤波效果。
希望这些信息能够帮助你更好地理解模拟量采集滤波方法。
模拟信号滤波器设计
模拟信号滤波器设计模拟信号在现代电子技术中占据着重要的地位，然而在很多应用场合中，模拟信号常常受到各种噪声或干扰的影响，这时就需要使用模拟信号滤波器来对信号进行处理，从而达到降噪或抗干扰的目的。
本文将介绍模拟信号滤波器设计的一些基本知识和方法。
一、模拟信号滤波器的分类根据滤波器的传输特性，模拟信号滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
低通滤波器：可以让低于一定频率的信号通过，而对高于该频率的信号进行衰减，常用于滤除高频噪声或振荡。
高通滤波器：可以让高于一定频率的信号通过，而对低于该频率的信号进行衰减，常用于滤除低频噪声或直流分量。
带通滤波器：可以让一定范围内的频率信号通过，而对其他频率信号进行衰减，常用于保留一定频率范围内的信号。
带阻滤波器：可以让一定范围外的频率信号通过，而对该范围内的信号进行衰减，常用于滤除一定频率范围内的信号。
二、模拟信号滤波器的设计模拟信号滤波器的设计需要确定其传输特性和电路参数。
根据电路参数的不同，可以将模拟信号滤波器分为被动滤波器和有源滤波器。
被动滤波器指的是由电阻、电容和电感等被动元器件组成的滤波器，其缺点是带宽窄、增益小、稳定性差，适用于低频和中频信号的滤波。
有源滤波器指的是使用了运放等有源器件的滤波器，其优点是带宽宽、增益大、稳定性好，适用于高频信号的滤波。
有源滤波器的设计需要确定运放的电路结构和参数。
在具体的滤波器设计中，需要确定滤波器的截止频率、滤波器型号、电阻、电容、电感等电路元器件的值，以及电路的耦合方式和截止特性等。
还需要进行仿真和实验验证，以确保所设计的滤波器能够滤除目标噪声或干扰。
三、模拟信号滤波器的应用模拟信号滤波器在很多现代电子产品中都有广泛的应用，例如通信领域的信号处理、音频系统的去噪处理、传感器的信号处理等。
在工业自动化控制系统中，模拟信号滤波器也被广泛应用于模拟量的采集和处理中，以提高信号的稳定性和准确度。
dm tem 滤波处理 -回复
dm tem 滤波处理-回复关于滤波处理的重要性滤波处理是一种常用的信号处理技术，它在信号中寻找感兴趣的特征，并移除或改变其他无关的特征。
在各个领域中，滤波处理都被广泛应用，如通信、图像处理、声音处理等。
滤波处理能够提高信号质量、减少噪声、降低误差等，因此对于解决实际问题非常重要。
滤波处理的基本原理滤波处理的基本原理是基于信号的频谱特征。
任何一个信号都可以由多个不同频率的正弦波组合而成，这些频率称为信号的频谱成分。
滤波处理通过改变信号频谱的特征，将不需要的频率成分移除或改变，从而达到滤波的效果。
滤波处理的主要分类滤波处理主要分为时域滤波和频域滤波两种方法。
时域滤波是在时间域上对信号进行操作的滤波方法。
它通过对信号的每个采样点进行加权平均或其他操作，改变信号的波形。
常见的时域滤波方法有高通滤波、低通滤波、带通滤波等。
频域滤波是在频率域上对信号进行操作的滤波方法。
它通过对信号的频谱进行变换、滤波和逆变换等处理，改变信号的频谱特征。
常见的频域滤波方法有傅里叶变换、小波变换等。
滤波处理的应用领域滤波处理在各个领域都有广泛的应用。
在通信领域，滤波处理用于抑制噪声、增强信号的可靠性。
例如，电话通信中使用的降噪滤波器可以减少环境噪声对通话质量的影响。
在图像处理领域，滤波处理用于边缘检测、图像增强等。
例如，边缘检测算法可以通过滤波处理找到图像中的物体边界。
在声音处理领域，滤波处理用于音频的降噪、音效处理等。
例如，独立的滤波器可以通过滤波处理改变音频的音色或增强特定频率的音频。
滤波处理的优化方法为了提高滤波处理的效果，可以采用以下优化方法：1. 选择合适的滤波器类型和参数。
不同的滤波器有着不同的效果，根据具体的需求选择适合的滤波器类型和参数。
2. 进行滤波器的设计和优化。
滤波器的设计和优化是滤波处理的关键步骤。
可以使用经典的滤波器设计方法，如巴特沃斯滤波器、卡曼滤波器等。
3. 结合其他信号处理方法。
滤波处理通常结合其他信号处理方法共同使用，如降噪算法、特征提取算法等。
巴特沃斯滤波器
式中： b0=1.0000,b1=3.2361,b2=5.2361,b3=5.2361,b4=3.236 1
(3) 为将c Ha(p)p去(10归0.一1ap化，1)先21N求3d2B截g5止.2频75率5kΩrac。d / s
表6.2.1 巴特沃斯归一化低通滤波器参数
由(6.2.9)和(6.2.10)可知，只要求出巴特沃斯滤波器的阶 数N和3dB截止频率Ωc，就可求出滤波器的系统函数Ha(s)，故， 巴特沃斯滤波器的设计实质就是根据设计指标求阶数N和3dB截止 频率Ωc的过程。下面先介绍阶数N的确定方法。
阶数N的大小主要影响通带幅频特性的平坦程度和过渡带，阻 带的幅度下降速度,它由技术指标Ωp，αp，Ωs和αs确定。将 Ω=Ωp代入幅度平方函数(6.2.7)中,再将幅度平方函数 |Ha(jΩs)|2代入(6.2.2)中，得到：
将幅度平方函数|Ha(jΩ)|2写成s的函数：
Ha(s)Ha(s) 1 (
1 s
)2N
jc
(6.2.8)
此式表明幅度平方函数有2N个极点，极点sk用下式表示：
1
j ( 1 2k 1)
sk (1)2N ( jc ) ce 2 2N
(6.2.9)
k=0,1,2,3，······，2N-1。
当N=3时：
(3)将Ga(p)去归一化。将p=s/Ωc代入Ga(p), 得到实际的滤波器系统函数Ha(s):
Ha(s)= Ga(p)| p=s/Ωc
III.关于巴特沃斯低通滤波器设计的例题
例6.2.1 已知通带截止频率fp=5kHz，通带最大衰 减αp=2dB，阻带截止频率fs=12kHz，阻带最小衰 减αs=30dB，按照以上技术指标设计巴特沃斯低通 滤波器。
SG_05_simulink滤波器设计
y(n) = x(n)*h(n) Æ Y(z) = X(z) H(z)
传递函数
5
传递函数
H(z) = Y(z) / X (z)
差分方程的z-变换
H (z)
=
b0 a0
+ b1z −1 + b2 z −2 + L + bM z −M + a1z −1 + a2 z −2 + L + aN z −N
H (z)
>> simple_filters
滤波器方框图
9
什么是滤波器？
目的：设计一个频率选择系统 使用一些限制来设计滤波器 示例：
精确性稍差 精确性较好
设计指标
• 消除截止频率之上的噪声
• 设置通带波纹数、阻带衰减数或者过渡带宽度 • 减小滤波器阶数 • 任意响应
10
滤波器配置
低通滤波器
高通滤波器
带通滤波器
18
数字滤波器设计模块的特征
• 生成FIR和IIR滤波器； • 设置滤波器性能指标； • 选择滤波器结构； • 设计一个滤波器； • 导入一个滤波器； • 实现一个滤波器； • 分析一个滤波器； • 存储滤波器系数；
19
数字滤波器设计模块
20
示例：带通滤波器
阶数 n ≤ 10, 采样频率 fs = 10,000 Hz
2
线性时不变系统回顾
x(n)
y(n)
δ(n)
h(n)
∞
y (n) = ∑ x(k )h(n − k ) = x(n) ∗h(n) k = −∞ 3
差分方程
N
M
∑ ak y(n − k) =∑ bm x(n − m)
通信原理-05模拟信号的数字传输
极性码 段落码 段内码
C1
C2C3C4
C5C6C7C8
Q=256
2021/8/17
24
段号 段落码
1
000
2
001
3
010
4
011
5
100
6
101
7
110
8
111
2021/8/17
段号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
段内码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
(c)
t
f
s
1 Ts
0 (f)
f
图 7.2.3 取 样 定 理 的 时 间 函 数 和 对 应 的 频 谱 图
奈奎斯特取样速率 fs 2fH奈奎斯特取样间隔 Ts 1/ fs
2021/8/17
9
2021/8/17
M(f)
fH (d) fH Ts ( f )
f
s
1 Ts
(e)
Ms(f )
f
s
1 Ts
2021/8/17
输入x 1
20
2021/8/17
21
2021/8/17
22
5.1.3 编码
量化电平编号
自然二进制码
折叠二进制码
格雷码
0
0000
0111
0000
1
0001
0110
0001
2
0010
0101
0011
3
0011
《信号处理原理》课件
调制解调定义与作用
调制：将信号转换为适合传输的频率或波形 解调：将接收到的信号还原为原始信号 作用：提高信号传输效率，降低干扰和噪声影响 应用：无线通信、广播电视、卫星通信等领域
常见调制解调方式
幅度调制：AM、DSB、SSB等 频率调制：FM、PM等 相位调制：PM、QAM等
正交频分复用：OFDM等 码分复用：CDMA等 多载波调制：MCM等
数字信号 处理算法 的应用： 包括通信、 图像处理、 音频处理 等领域
常见信号处理算法原理
01
傅里叶变换：将信号从时域转换到频域，用 于分析信号的频率成分， 如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等
05
信号识别与分类：如语音识别、图像识别等， 用于识别和分类信号中的特定模式
02
快速傅里叶变换（FFT）：一种高效的傅里叶 变换算法，用于快速计算信号的频谱
04
信号压缩与解压缩：如MP3、JPEG等，用于 减少信号的数据量，便于存储和传输
06
信号增强与恢复：如降噪、去模糊等，用于 改善信号的质量和清晰度
信号处理算法应用实例
语音识别： 将语音信 号转换为 文字
图像处理： 对图像进 行降噪、 增强、分 割等操作
信号处理算法与应 用
数字信号处理算法概述
数字信号 处理算法 的分类： 包括滤波、 变换、压 缩、编码 等
滤波算法： 包括低通 滤波、高 通滤波、 带通滤波 等
变换算法： 包括傅里 叶变换、 离散傅里 叶变换、 小波变换 等
压缩算法：
包
括
Huffman
编码、
LZW编码、
JPEG编码
等
编码算法： 包括线性 编码、非 线性编码、 纠错编码 等
FBAR_滤波器TRL_校准的仿真与测试
引用格式：丁文波, 徐鹏, 李劲, 等. FBAR 滤波器TRL 校准的仿真与测试[J]. 中国测试，2024, 50(1): 138-144. DING Wenbo, XU Peng, LI Jin, et al. Simulation and testing of TRL calibration for FBAR filter[J]. China Measurement & Test, 2024, 50(1): 138-144.DOI: 10.11857/j.issn.1674-5124.2022100160FBAR 滤波器TRL 校准的仿真与测试丁文波1， 徐 鹏1， 李 劲1， 周明睿1， 章景恒2， 马新国1， 吕 辉1(1. 湖北工业大学芯片产业学院，湖北 武汉 430068; 2. 武汉衍熙微器件有限公司，湖北 武汉 430205)摘 要: 针对薄膜体声波谐振腔（FBAR ）滤波器测试夹具误差校准，提出一种改进的TRL 校准方法，将三维电磁仿真和TRL 计算结合，用于测试套件（夹具和TRL 校准件）的前期设计与优化，确保TRL 校准件达到足够精度。
由于DUT （device under test ，待测器件）参数未知，实测中采用四种不同结构的测试套件，校准前各组测试结果差异较大，但TRL 校准后高度吻合，通带内的差异小于0.2 dB ，不但精准确定DUT 真实参数，而且表明本TRL 校准方法对于不同结构夹具去嵌入的有效性。
该仿真计算不仅可以设计高精度测试套件，避免过度依靠实测，并且可与实测相互验证，并可推广到其他微波器件的测量，节省测试成本。
关键词: TRL 校准; 薄膜体声波谐振腔滤波器; 电磁仿真中图分类号: TM931;TB9文献标志码: A文章编号: 1674–5124(2024)01–0138–07Simulation and testing of TRL calibration for FBAR filterDING Wenbo 1, XU Peng 1, LI Jin 1, ZHOU Mingrui 1, ZHANG Jingheng 2, MA Xinguo 1, LÜ Hui 1(1. School of Chip Industry, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China; 2. Wuhan Yanxi MicroComponents Co., Ltd., Wuhan 430205, China)Abstract : An improved TRL calibration method is proposed for the error calibration of thin film bulk acoustic resonator (FBAR) filter test fixture, which combines 3-D electromagnetic simulation and TRL calculation for the preliminary design and optimization of the test kit (fixture and TRL cal-kits) to ensure that the TRL cal-kits achieves sufficient accuracy. Because the parameters of the DUT (Device Under Test) are unknown, four test suites with different structures are used in measurements. The test results of each group differ greatly before calibration, but coincide highly after TRL calibration, and differences in the passband are less than 0.2 dB. This not only accurately determines the true parameters of the DUT, but also shows the effectiveness of this TRL calibration method for the de-embedding of fixtures with different structures. The simulation calculation can not only design high-precision test suite to avoid over-reliance on measurements, but also mutually verify with measurements, and can be extended to other microwave devices to save test costs.Keywords : TRL calibration; FBAR filter; electromagnetic simulation收稿日期: 2022-10-28；收到修改稿日期: 2023-01-16基金项目: 国家自然科学基金项目(41171291)；武汉衍熙微器件有限公司合作项目(2021004)；湖北工业大学启动基金（2019057）作者简介: 丁文波(1998-)，男，江西南昌市人，硕士研究生，专业方向为集成电路。
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Rs RL 1 k, L1 1000 1.414 1414 μ H 1.414 mH L3 1000 70.7 70700 μ H 70.7 mH C2 70.7 1.414 0.0707 μ F, C 4 0.0014 μ F 1000 1000
► 对归一化低通传递函数作频率变换，得带通滤波器
传递函数如下：
H (s) 1 s Bs
2 2 0 2 s 2 0 2 Bs 1 1 2 2
s 2 10 2 s 2 10 2 2 10 4 s 2 10 4 s 1 4 108 s 2 4 s 2.83 10 4 s 3 2.04 1010 s 2 2.83 1014 s 10 20
(4)2阶归一化低通滤波电路
► 电路元件值可利用公式计算或查表
uin
uout
(5)频率换算
► 频率换算：
2 ( S 2 0 ) L 1 感抗 Z L SL L S Z L Z C BS B B 2L S 0 1 1 1 容抗 Z C 2 Z L // Z C 2 C 1 SC ( S 0 ) S C B B BS 2C S 0
ˆ (s) s 1 B 1 ˆ ( s ) s 2 3s 3 B
2
n 阶贝塞尔多项式可由下 式推得 ˆ ( s) (2n 1) B ˆ ( s) s 2 B ˆ ( s) B
n n 1 n2
3、巴特沃思滤波器设计
► 巴氏滤波器的对数幅频函数(相对增益)
L( ) 20 log H ( ) 20 log
(2)求2阶归一化低通传递函数
► 利用乘积法(也可直接查表)求传递函数
因为n=2，则有：
2k 1 2 1 1 π π π 2n 4 4 1 1 H c s 2 π 2 s 2 sin s 1 s 2 s 1 4
(3)频率换算(带通公式)
幅度平方函数的计算方法
► 计算方法：乘积法、极点法
► 乘积法：
1 （1）n为偶数： H ( s) 2 k 1 s ( 2 sin k ) s 1 1 ( n 1) 2 1 （2）n为奇数： H ( s) s 1 k 1 s 2 (2 sin k ) s 1
n2
式中： k 2k 1 π
2n
k 1,2,, n
巴氏滤波器的电路实现
► 一阶RC积分电路的传递函数
1 H (s) RCs 1
► 一阶巴特沃思滤波器传递函数
1 H ( s) s 1
► 二者具有相同的形式，说明巴特沃思滤波器可以用
电路来实现
无源低通巴氏滤波电路的结构
► 梯形网络（归一化电阻
RS=1Ω）：
频率换算和阻抗换算
► 频率换算：频率解归一化，将归一化低通还原为
所需设计的低通、高通、带通和带阻； ► 方法：用相应的频率公式替代归一化频率，此时 元件值和阶次数均将发生相应的变化； ► 阻抗换算：阻抗解归一化，将归一化电阻RS=1Ω换 算为所需要的实际电阻，其电感、电容亦做相应 换算。
1 H ( j ) 2 1 2 Rn ( )
2 2 (12 2 )(2 2 ) (k2 2 ) Rn ( ) 2 2 (1 12 2 )(1 2 ) (1 k2 2 ) 0 i 1, i 1,2,, k
率之间的关系，一般用相位Ф(ω)和群时延函数 τ(ω)来表示： d ( ) ( ) d
► 群时延等于滤波器冲击响应时间滞后； ► 规定了滤波器的幅值和相位(或群时延)，这个滤波
器就完全被表征。
3、主要的模拟滤波器
► 滤波器分两大类：无源滤波器和有源滤波 ► 无源滤波器主要有：
(1) K式模拟滤波器； (2) M式模拟滤波器； (3) M-K式组合滤波器； (4) RC模拟滤波器； (4) 参数滤波器(梯型网络)。 ► 有源滤波器由无源滤波器和运算放大器组成。
式中
有2k个共轭临界频率对 s jωi 和 s j i 2 两个特性： 1 2 H ( ji ) 0, H j 0 i
1
贝塞尔滤波函数
► 低通贝塞尔转移函数
k H ( s) ˆ ( s) B n
ˆ ( s) 为n阶贝塞尔多项式 其中 B n
K式滤波器
► 最基本的无源滤波器(双口网络) ► K式滤波器是一种典型的无源滤波器，由电感元件
和电容元件组成，要求滤波电路中两元件的阻抗乘 积为常数 K
M式滤波器
► K式滤波器的改进，分串导和并导两种，
下图为m式低通，其中 m = 0.59～0.7
K、M组合式滤波器
► K、M组合可以设计出复杂的特殊滤波曲线
由滤波器参数确定归一化低通阶次n； 设计归一化低通滤波器传递函数； 归一化低通滤波器电路实现； 频率换算解归一化，得滤波器传递函数； 网络换算解归一化元件，得滤波器元件； 阻抗换算(R、L扩大，C缩小)，得实用电路。
参数滤波器的有关参数
5 2 ► 参数： 0 10 rad/s, 3dB带宽 B 2 10 rad/s
ω<1时接近线性
滤波器幅度平方函数
► 用复频率s表示滤波器幅值平方函数，有
As
H ( s)
2
2
1 1 s 2 n
n
1
（1）分子为1，故传递函数不存在零点； （2）有 2N 个极点
1 H ( s) ( s z1 )( s z2 ) ( s z2 n )
► 稳定的滤波器需要取s平面左半部的极点； ► 用幅度平方函数表示给设计带来方便。
►当
1 1
2n
dB
ω=0 时， L( ) 0 ► 当 ω=1 时， L( ) 3 dB ► 当 ω>>1 时，近似有
L( ) 20 log 1
2n
20 log 2 20n log
dB
衰减是每十倍频程为20dB。
滤波函数幅度、相位特性
n→∞时,逼近 理想滤波器
在通带点p 1.025 105 rad/s 处衰减 p 0.5dB 在阻带点z 1.2 105 rad/s 处衰减 z 10dB
Gx ( )
0
Z 1 0 Z 2
p2
归一化低通参数
0
( ) p c
p
z
3dB
z
带通滤波器参数
( )
频率换算公式
s 或 s ► 低通换算： c c c c ► 高通换算： 或 s s 2 2 2 2 0 s 0 ► 带通换算： 或 s B B
Bs Bs 或 s 2 ► 带阻换算： 2 2 2 0 s 0
|H(ω)| 1
0
1 ωc
ω/ωc
2．滤波器的逼近
► 归一化理想低通滤波器的通带传递函数恒为1，
特性如下
1 e j H ( ) 0
► 由于组成滤波器的元件
0 1
1
R、L、C 的阻抗均是频 率 ω的函数，不可能使滤波器的传递函数在任 何频率上都为1； ► 理想滤波器是物理不可实现系统； ► 实际滤波器是理想滤波器的逼近。
第四章 模拟滤波分析
滤波器：具有一定传输选择特性的信号处理器 模拟滤波器：输入、输出均为模拟信号 数字滤波器：输入、输出均为数字信号
滤波器的主要用途
► 模拟滤波器是振动信号调理器的重要组成部分 ► 作用：
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
消除噪声，平滑信号； 高通滤波消除趋势项； 低通抗混淆滤波，以满足抽样定理； 带通滤波，提取特定的频段； 带阻滤波，除去不需要的频段； 特殊滤波器。
0 P 0.5dB 3dB
102.5 100 110
120 10
B
z 10dB
0 p c
z
1、归一化低通滤波器
►
►
频率归一化：用频比ω/ωc(或 变换公式)代替变量ω，此时截 止点的频率ωc=1； 归一化低通滤波器是最基本的 滤波器，设计模拟（或数字） 低通、高通、带通和带阻滤波 器时，都要先设计相应的归一 化低通滤波器，然后通过频率 变换，再求得所需的模拟滤波 器。
(1)求归一化低通阶次n：
将通带和阻带衰减要 求代入带通频率换 算公式： 10 log
B
2 2 0
1 1.0252 12 1 0.2 1.025
2n
0.05
列出幅度增益联立方 程，解联立方程求 得 n≥2
1 10 log 10 2 n 1.2 2 12 1 0.2 1.2
4阶带通滤波器电路
► 频率换算得：
电容 电感
B L L带 2 70.7 10 6 (F) 1.414 10 6 (H) 0 L B 电感 电容 C B C带 2 70.7 10 6 (H) 1.414 10 6 (F) B 0 C
(6)阻抗换算
(7) 模拟滤波器仿真
► SysemView仿真(传递函数仿真)
EWB电路仿真
► EWB仿真(电路)
1、模拟滤波器的传递特性
►
频率响应函数： H(ω) 1, 通带 H(ω) 0, 阻带
H(ω) 1 0 ωC
（1）低通 （2）高通 （3）带通
抗混叠、平滑、除噪
ω
消除趋势项 频谱分析
（4）带阻
（5）全通