字低通滤波器工频干扰抑制能力的提高
滤波电路设计去除噪声和干扰的方法与技巧
滤波电路设计去除噪声和干扰的方法与技巧在电子器件和电路设计中，噪声和干扰是普遍存在的问题，它们给数据传输和信号处理带来了不利的影响。
为了解决这一问题，滤波电路被广泛应用于各种电子设备中，以去除噪声和干扰。
本文将介绍滤波电路设计中去除噪声和干扰的一些常用方法与技巧。
一、低通滤波器低通滤波器是一种能够通过只允许低频信号通过而去除高频信号的滤波器。
在滤波电路设计中，低通滤波器常常用来去除高频噪声和干扰。
其中，常用的低通滤波器包括RC低通滤波器和二阶巴特沃斯低通滤波器等。
1. RC低通滤波器RC低通滤波器是最简单的一种低通滤波器，它由一个电阻和一个电容组成。
在设计RC低通滤波器时，可以通过调整电阻和电容的数值来滤除不同频率的噪声和干扰。
一般情况下，较大的电阻和电容值会使得滤波器的截止频率较低，从而去除更高频的噪声和干扰。
2. 二阶巴特沃斯低通滤波器二阶巴特沃斯低通滤波器是一种常用的滤波器设计，它能够提供更陡峭的滚降斜率和更好的抑制高频噪声和干扰的能力。
在设计二阶巴特沃斯低通滤波器时，可以根据需要选择合适的电容和电感数值，并通过合理的电路布局和滤波器阻抗匹配来提高滤波效果。
二、高通滤波器高通滤波器是一种能够通过只允许高频信号通过而去除低频信号的滤波器。
在滤波电路设计中，高通滤波器常常用来去除低频噪声和干扰。
常见的高通滤波器有RC高通滤波器和二阶巴特沃斯高通滤波器等。
1. RC高通滤波器RC高通滤波器与RC低通滤波器相似，只是传输的频率范围相反。
在RC高通滤波器中，较小的电阻和电容值会使得滤波器的截止频率较高，从而去除更低频的噪声和干扰。
因此，在滤波电路设计时，可以根据需要选择合适的数值以满足去除低频噪声和干扰的要求。
2. 二阶巴特沃斯高通滤波器与二阶巴特沃斯低通滤波器类似，二阶巴特沃斯高通滤波器也能够提供更陡峭的滚降斜率和更好的抑制低频噪声和干扰的能力。
通过合理的设计和电路参数的选择，二阶巴特沃斯高通滤波器能够满足更高要求的高频信号滤波。
利用双绞线与低通滤波器抑制射频干扰和电磁干扰
利用双绞线与低通滤波器抑制射频干扰和电磁干扰引言“The Twist”指双绞线，Alexander Graham Bell于1881年申请该项专利。
而该项技术一直沿用到今天，原因是它提供了诸多便利。
此外，随着现场可编程门阵列(FPGA)器件处理能力的逐渐强大，结合电路仿真及滤波器设计软件，使得双绞线在数据通信领域的应用也越来越普遍。
FPGA为设计工程师提供了强大、灵活的控制能力，特别是那些无法获取专用集成电路(ASIC)的小批量设计项目，可以利用FPGA实现设计;许多大批量生产的产品，在项目设计初期也利用FPGA进行原型开发，并定制芯片之前对新功能进行测试。
FPGA的强大之处在于复杂的数字处理功能，而一些模拟信号则会受限于数字噪声的干扰。
需要外部提供模拟放大，以及失调、滤波和信号处理，确保FPGA满足系统的整体需求。
本文讨论了如何将双绞线与低通滤波器相结合，抑制射频干扰(RFI)和电磁干扰(EMI)。
我们还介绍了如何利用高精度电阻排设计定制化差分放大器，消除信号干扰并改善FPGA系统的性能。
在我们选择频响特性时，利用高精度电阻设置增益和共模抑制比。
双绞线的重要性双绞线对数据通信有着重大意义，能够大幅降低串扰、RFI和EMI。
互联网和计算机的普及带动了双绞线应用的普及，许多人误以为双绞线是项新发明，实际情况并非如此。
图1所示是Alexander Graham Bell早在1881年就已申请的专利副本，他描述了多对双绞线之间的相互影响。
图1. Alexander Graham Bell于1881年获得美国专利244,426Bell先生指出：多个电路通过两条线连接——一条直通线和一条返回线，构成一个金属线导电回路。
当金属线导电回路置于其它电路附近时，如果周边电路在两条线上感应信号不同，则金属线所连接的电话及其它电气设备就会感应干扰信号;显而易见，如果在直通线和返回线上产生相同影响，则其中一条导线产生的电流将抵消另一条导线产生的电流。
增加电路抗干扰能力的方法
增加电路抗干扰能力的方法随着电子产品的普及，电磁干扰已经成为了工业、交通、通讯、军事等领域所面临的普遍问题。
尤其是在高铁、地铁等复杂多变的环境中，电磁干扰更加严重。
为了有效地解决电磁干扰所带来的影响，提高电路的抗干扰能力已成为了重要议题。
以下是增加电路抗干扰能力的方法：1. 滤波器滤波器用于去除电源中的高频和低频噪声和其它干扰信号。
对于单相交流电源，使用LC滤波器来抑制高频噪声，LRC滤波器来抑制低频噪声，并采用带状滤波器来抑制EMI干扰，在输入和输出端使用衰减滤波器来抑制EMI干扰。
2.电磁屏蔽技术电磁屏蔽是指使用内部或外部的物理结构，将电路环境与电路之间隔离开来，避免电磁信号的互相干扰。
内部屏蔽有金属薄膜、金属盒、金属箔等物理结构，外部屏蔽有遮蔽罩、低噪声电缆等。
3. 接地技术正确的接地技术可以有效地降低电路的共模噪声和防止干扰信号的入侵。
最佳的接地点是电源和电路地之间的共和点，使用接地环或导体保护来降低接口电阻，将高频信号放入地时，必须注意抗地衰减特性，确保抗干扰能力。
4.电路设计在电路设计阶段，需要对指令编码进行设计，必须注意不同信号在电路中的相对位置。
使用地端，噪声过滤器和其它技术方案，能够有效地处理高频滤波，减少EMI干扰。
5.使用低噪声源在电路设计时，应该使用低噪声源，例如低噪声电缆、低噪声电源等等。
这些器件是设计低噪声和抵御干扰所必不可少的器件。
总之，增加电路抗干扰的能力是一项艰难的任务，需要综合考虑电路的特性、制造工艺、环境因素等方面，通过在滤波、屏蔽、接地、电路设计等方向上的优化来实现。
在实际情况下，电路抗干扰能力的提高还需要与测试和验证相结合，使其在实际性能中得到改进。
滤波器在通信系统中的作用
滤波器在通信系统中的作用在现代的通信系统中，滤波器扮演着关键的角色。
滤波器是一种电子设备或电路，用于选择或屏蔽特定频率范围的信号。
它能够从输入信号中滤除不需要的频率成分，从而改善通信系统的性能。
本文将探讨滤波器在通信系统中的作用及其重要性。
一、滤波器的基本原理滤波器的基本原理是根据信号的频率选择性地传输或拒绝电信号。
在通信系统中，滤波器可以分为两种常见类型：低通滤波器和高通滤波器。
低通滤波器允许低频信号通过而阻塞高频信号，而高通滤波器则相反。
二、滤波器在通信系统中的应用1. 信号处理通信系统中的滤波器能够清除噪声和干扰，对信号进行处理，使其更加清晰和稳定。
例如，在手机通信中，滤波器可以过滤掉周围环境的杂音，从而提供更好的通话质量。
2. 频率选择滤波器还可以选择特定频率范围内的信号。
例如，在调谐收音机中，通过调整电路中的滤波器，可以选择特定的无线电频率，从而收听到特定的广播电台。
3. 频谱分析滤波器可以用于频谱分析，帮助工程师了解信号的频率成分。
通过分析信号的频谱，工程师可以调整通信系统以适应实际需求，从而提高系统的性能。
4. 带宽控制滤波器在通信系统中还能够控制信号的带宽。
不同的通信应用需要不同的传输带宽。
滤波器可以帮助调整信号的带宽，使其适应特定通信需求。
5. 误码率优化在数字通信系统中，滤波器可以帮助优化误码率。
通过适当设计滤波器，可以降低信号的噪声和干扰，从而减少误码率，提高通信质量。
三、滤波器的重要性滤波器在通信系统中的作用不可忽视。
它们能够改善信号质量，提高通信系统性能，降低误码率，减少干扰，增加可靠性和稳定性。
在现代通信系统的设计和运作中，滤波器扮演着至关重要的角色。
结论通过本文的讨论，我们可以看出滤波器在通信系统中的作用是非常重要的。
它们能够帮助改善信号质量，降低误码率，提高通信系统的性能和可靠性。
因此，在通信系统的设计和实施过程中，合理选择和应用滤波器是至关重要的。
只有通过合理的滤波器设计和应用，我们才能够构建出优秀的通信系统，满足现代通信需求的要求。
滤波器的原理与应用
滤波器的原理与应用随着电子技术的发展，滤波器在各种电子设备中发挥着重要作用。
本文将介绍滤波器的原理和应用。
一、滤波器的原理滤波器是一种能够选择性地通过或抑制某些频率信号的电子电路。
它基于信号的频率特性，能够有效地滤除噪音，改善信号质量。
滤波器的原理主要有两种：高通滤波和低通滤波。
高通滤波器通过透过高频信号，同时阻断低频信号。
低通滤波器则相反，它能够透过低频信号，同时抑制高频信号。
实际应用中，我们常常会遇到希望从一个复杂信号中分离出特定频率范围的信号。
这时候，我们可以使用带通滤波器。
带通滤波器可以通过选择性地通过一定范围内的频率信号来滤波。
二、滤波器的应用领域滤波器广泛应用于各个领域，包括通信、音频处理、医疗设备等。
在通信领域，滤波器用于频谱分析和信号处理，可以过滤掉不同频率范围内的干扰信号，提高通信质量和抗干扰能力。
常见的应用有对话音频处理、无线电通信等。
在音频处理方面，滤波器用于音频信号的增强和降噪。
通过选择性地滤除或增强某些频率范围的信号，可以改善音质，提升听觉体验。
医疗设备中的滤波器主要用于生物信号的处理。
比如心电图仪器会使用滤波器来去除伪迹和噪音，提取出纯净的心电信号，帮助医生准确诊断。
此外，滤波器还广泛应用于雷达、图像处理、功率电子等领域，为各类电子设备的正常运行和信号处理提供了重要保障。
三、滤波器的种类和特点滤波器根据频率响应的特点可以分为无源滤波器和有源滤波器两种。
无源滤波器是指不包含放大器的滤波器电路，主要由电容、电感和电阻等被动元件组成。
它具有频率选择性好、相位失真小等特点。
常见的无源滤波器有RC滤波器、RL滤波器和RLC滤波器等。
有源滤波器是指包含放大器的滤波器电路，放大器能够提供增益，增强滤波效果。
有源滤波器的特点是增益高、带宽宽等。
常见的有源滤波器有运算放大器滤波器、多级放大器滤波器等。
另外，数字滤波器是一种利用数值运算实现滤波功能的滤波器，具有高精度和易于实现的特点。
四、滤波器的设计和选型滤波器的设计和选型需要根据具体的应用需求和信号特性进行。
电路中的信号调理技术提高信号质量与稳定性
电路中的信号调理技术提高信号质量与稳定性信号调理技术在电路设计与应用中起着至关重要的作用，能够提高信号的质量与稳定性。
本文将介绍几种常见的信号调理技术，并阐述它们对信号质量与稳定性的影响。
一、滤波技术滤波技术是信号调理中最常见、最基础的技术之一。
它通过选择合适的滤波器，滤除输入信号中的噪声和干扰，从而提高信号的质量和稳定性。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
低通滤波器能够滤除高频信号，保留低频信号，适用于去除高频噪声和干扰。
高通滤波器则相反，能够滤除低频信号，保留高频信号，适用于去除低频噪声和干扰。
带通滤波器和带阻滤波器分别可以选择指定的频带或频段进行滤波，灵活性较高，适用于特定频率范围内的信号调理。
二、放大技术放大技术是信号调理中另一个重要的技术手段。
在某些应用场景下，信号的幅度过小或过大，需要通过放大技术将信号的幅度进行调整。
放大技术可以提高信号的动态范围，增强信号的辨识度和稳定性。
放大技术有许多种类，其中较为常见的是运放（放大器）技术。
运放是一种用于放大电压或电流的集成电路，具有高增益和低失真的特点。
通过选择合适的运放器件和设计合理的电路结构，可以实现对信号的放大和调节。
此外，还有仪表放大器、差分放大器等放大技术可供选择。
三、滤波与放大联合技术在某些应用中，需要同时进行滤波和放大，以实现更好的信号质量和稳定性。
滤波与放大联合技术在信号调理中发挥着重要作用。
通过滤波器对输入信号进行滤波，去除杂散干扰，然后再将滤波后的信号进行放大，能够更好地保留信号的有效信息，并提高信号的质量与稳定性。
滤波与放大联合技术可以根据具体需求选择适合的滤波器和放大器，并进行相应的电路设计和参数调整。
在设计过程中，要注意滤波器和放大器之间的匹配，控制放大倍数和频率响应等参数，以实现最佳的信号调理效果。
四、隔离技术隔离技术是一种常用的信号调理手段，用于隔离不同电路之间的干扰与影响，提高信号的质量与稳定性。
电路中的滤波器
电路中的滤波器在电子设备中，滤波器是一种常见且重要的电路元件。
它们用于去除或衰减电路中的特定频率范围内的信号，以达到滤除噪声、改善信号质量等目的。
滤波器的种类繁多，每种滤波器都有其独特的功能和适用范围。
一、低通滤波器低通滤波器是最常见的滤波器之一。
它允许通过电路的低频信号，而将高频信号进行衰减。
在音频系统中，低通滤波器常用于去除电路中的高频噪声，以保证音频信号的纯净度。
类似地，在通信系统中，低通滤波器常用于滤除高频干扰，确保传输信号的稳定性。
低通滤波器的电路结构包括电阻、电容等元件，通过调整元件的数值，可以控制滤波器的截止频率。
二、高通滤波器与低通滤波器相反，高通滤波器允许通过电路的高频信号，而将低频信号衰减。
这种滤波器在音频系统中常用于提高音乐的细节和清晰度，同时滤除低频噪声。
在图像处理中，高通滤波器也有广泛的应用，用于增强图像的边缘和纹理信息。
高通滤波器的电路结构与低通滤波器相似，只是元件数值的设置不同。
三、带通滤波器带通滤波器是一种能够通过特定频率范围内信号的滤波器。
它在音频系统中常用于选取特定频段的音源，而滤除其他频率范围的噪声。
带通滤波器的电路结构可以是电容、电感、电阻等元件的组合，通过调整元件数值和连接方式，可以得到不同的频率响应曲线。
四、带阻滤波器带阻滤波器是一种将特定频率范围内信号衰减的滤波器。
它在电子设备中用于滤除或减弱特定频率的信号。
带阻滤波器的应用场景很多，例如在无线电接收器中，可以利用带阻滤波器滤除外部干扰信号。
带阻滤波器的电路结构也可以是电容、电感和电阻的组合，通过调整元件数值和连接方式，可以实现对特定频率的拦截。
五、数字滤波器除了模拟滤波器，数字滤波器也是电子设备中常见的滤波器类型。
数字滤波器使用数字信号进行滤波处理，常用于数字音频设备、数字图像处理等领域。
数字滤波器可以通过数字信号处理算法实现不同类型的滤波效果，比如低通、高通、带通、带阻等。
由于数字滤波器的数字化性质，其参数和功能更易于调整和控制。
低通滤波器谐波抑制方法研究的开题报告
低通滤波器谐波抑制方法研究的开题报告一、选题背景和研究意义在现代电子系统中，低通滤波器是最基本的滤波器之一。
它的主要作用是从信号中剔除高频部分，使得信号得到平滑处理，减少噪声干扰。
但是在实际应用中，由于电路环境复杂，外部干扰和设备特性等因素的影响，低通滤波器的性能和品质往往会出现问题，其中之一就是谐波抑制。
谐波是一种产生于电路中频率为基频的倍数的信号，如果没有得到有效抑制，将会干扰系统的正常工作。
谐波抑制是保证系统正常工作的关键之一，而在低通滤波器中，谐波抑制更为重要。
在低通滤波器中，谐波干扰会导致一些不可控制的结果，如波形失真、频率偏移等，这将极大地影响系统的稳定性和性能。
因此，对于低通滤波器谐波抑制方法的研究意义重大，旨在优化低通滤波器的设计和工作效果，提高其抑制谐波的能力，为电子系统的运行提供更加可靠和稳定的保障。
二、研究目的和内容本课题旨在深入研究低通滤波器谐波抑制方法，以提高低通滤波器的谐波抑制能力，减少谐波对电子系统所产生的干扰。
具体研究内容包括：1.低通滤波器的基本原理和性能特点；2.低通滤波器中谐波的产生和影响；3.现有低通滤波器谐波抑制技术的分析和归纳；4.新型低通滤波器谐波抑制方法的设计和研究；5.实验仿真验证和理论分析。
三、研究方法和思路在本研究中，主要采用以下方法和思路：1.文献综述法：调研谐波抑制方面的文献资料，分析比较现有的低通滤波器谐波抑制技术，归纳总结其优缺点；2.仿真模拟法：利用电路仿真软件进行低通滤波器谐波抑制方法的仿真验证，从仿真结果中得出实验结论；3.实验分析法：在实验室中搭建实验平台，对低通滤波器谐波抑制方法进行实验验证，对实验结果进行分析和研究；4.理论分析法：基于分析和实验结果，对低通滤波器谐波抑制方法进行理论分析和推导，为实验结果提供理论支持和解释。
四、预期成果和意义通过本研究，预期可以得出以下成果：1.深入了解低通滤波器的基本原理和性能特点，掌握其在电子系统中的作用和应用；2.研究低通滤波器中谐波的产生和影响，分析谐波对低通滤波器的影响机理；3.调研比较现有低通滤波器谐波抑制技术，归纳总结各种方法的特点和应用场景；4.设计和开发新型低通滤波器谐波抑制方法，提高低通滤波器在谐波抑制方面的能力；5.通过实验和仿真验证，对新型方法的抑波效果进行检验和评估，为实际应用提供参考。
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图４具有高工频干扰抑制能力的ＦＩＲ数字低通滤波器设计实例
参考文献
口 ］ 姜建山．ＦＩＲ数字滤波器的ＭＡＴＬＡＢ设计与ＤＳＰ实 现［Ｊ］。电测与仪表，２００６，４３（１２）：３３－３６。
心 ］ 邢国泉．消除５０ Ｈｚ工频干扰数字滤波器的设计ＥＪ］． 医疗卫生装备，２００８，２９（１２）：２５—２７．
口 ］ 李刚，林凌，虞肩琏．滤除工频干扰的自适应相干模板 法［Ｊ］．中国生物医学工程学报，１９９７，１６（３）：
影响梳齿位置的因素有滤波器阶数和截止频率等。 通过研究在Ｍａｔｌａｂ中用汉宁窗函数法设计的相同阶数和 抽样频率之滤波器的幅频特性发现，调整截止频率的大小 可改变梳齿位置，梳齿移动方向与截止频率移动方向相 同，但移动距离不完全相同。这一点对控制梳齿移动具有 指导意义。设按用户所给参数初步设计的滤波器的幅频 特性中，离５０ Ｈｚ最近梳齿所对应的频率与５０ Ｈｚ之差为 △，，可按下式调整截止频率正：
张全法，１９６６年出生，男，河南汤阴人，副教授，主要研 究方向为传感器应用技术与计算机应用技术。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｑｕａｎｆａ＠ｚｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２一般设计方法及幅频特性分析
２．１ ＦＤＡＴｏｏｌ设计法 ＦＤＡＴｏｏｌ滤波器设计工具界面主要分为特性显示和
滤波器设计两部分。前者主要用来可视化地显示滤波器 特性。后者主要用来设置滤波器参数，如图ｌ所示。用它 按汉宁窗函数法设计一个截止频率为１０ Ｈｚ、采样频率为 ２００ Ｈｚ的３０阶ＦＩＲ数字低通滤波器的步骤如下（未说明 的采用默认值）：
图ｌ Ｈ）ＡＴ００１滤波器设计工具界面之滤波器设计部分
２．３幅频特性分析 按上述一般方法设计的Ｆ承数字低通滤波器的幅频
特性如图２所示。可以看出，由于过渡带较宽，它对５０ Ｈｚ 工频干扰的抑制能力还小是很高，即幅频特性的“梳”状过 渡带中没有哪个“梳齿”正好对准５０ Ｈｚ。显然，若能让其 中某个梳齿正好对准５０ Ｈｚ，将可显著地提高其工频干扰 抑制能力。然而上述一般方法只有碰巧ｒ才能做到这 一点。
考虑到截止频率可能不允许任意方向调整，程序允许 用户限定调整方向，计算ａｆ时需考虑用户限定条件。若 允许截止频率增加，则移动５０ Ｈｚ左侧的最近梳齿，反之 移动右侧的。可能不存在满足限定条件的解，则提示用户 改变参数。例如，用户限定截止频率只能增加，按用户输 入参数初步设计出来的滤波器之幅频特性中，５０ Ｈｚ左侧 不存在梳齿，即为无解。即使有解，若对设计结果不满意， 例如截止频率改变太多，还可修改滤波器阶数重新设计。
Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ－ｌｉｎｅ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｎｇ
ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＦＩＲ ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ
Ｓｏｎｇ Ｌｕ Ｚｈａｎｇ Ｑｕａｎｆａ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２）
３用程序设计法提高滤波性能
３．１关键问题及解决方案 由于在Ｍａｔｌａｂ中可给定不同的截止频率、抽样频率
和阶数，调用ｆｉｒｌ（）函数设计出滤波器，并调用ｆｒｅｑｚ（）函数 得到其幅频特性数据，分析是否有梳齿对准５０ Ｈｚ，因此， 提高其滤波性能的关键问题是。如何自动地控制梳齿的移 动，将离５０ Ｈｚ最近的梳齿对准５０ Ｈｚ。
１）在Ｄｅｓｉｇｎ Ｍｅｔｈｏｄ选项中，在ＦＩＲ单选按钮右面的 组合框中选Ｗｉｎｄｏｗ，即窗函数法。
２）在Ｆｉｌｔｅｒ Ｏｒｄｅｒ选项中选ＳｐｅｃＫｙ ｏｒｄｅｒ，即指定阶 数，并在其右面的编辑框中输入３０。
３）在Ｏｐｔｉｏｎｓ选项中，在Ｗｉｎｄｏｗ右面的组合框中选 Ｈａｎｎ，即汉宁窗。
４）在Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ选项中，在Ｆｓ（采样频 率）右面的编辑框中输入２００，在Ｆｃ（截止频率）右面的编辑 框中输入１０。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ＦＩＲ ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒｓ ｗｈｏｓｅ ｏｒｄｅｒｓ ａｒｅ ｎｏｔ ｈｉｇｈ ｅｎｏｕｇｈ ｗｉｔｈ Ｍａｔｌａｂ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｎｄｏｗ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｉｒ ｐｏｗｅｒ－ｌｉｎｅ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｎｅｅｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓ．Ｂｙ ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｊｅｃｔｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｙ ｔｈｅｉｒ ｃｕｔ－ｏｆｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ．Ａｎｄ ａ Ｍａｔｌａｂ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔＯ ｄｏ ｔｈｉｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ，ａｆｔｅｒ ｉｎｐｕｔｔｉｎｇ ｏｎｌｙ ａ ｆｅｗ ｂａｓｉｃ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｏｎｅ ｒ＿ｆｉｎ ｏｂｔａｉｎ ａ ＦＩＲ ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ－ｌｉｎｅ－
· １ ２４·
万方数据
观察用Ｍａｔｌａｂ按汉宁窗函数法设计的低阶数ＦＩＲ数 字低通滤波器的幅频特性可知，其过渡带具有“梳”状特 性。若适当调整其参数，使某个“梳齿”对准５０ Ｈｚ，即可提 高其工频干扰抑制能力。通过研究其“梳”状幅频特性与 截止频率的关系，发现了调整“梳齿”位置的简便方法。并 编写了Ｍａｔｌａｂ程序，可用来很方便地设计具有高工频干 扰抑制能力的ＦＩＲ数字低通滤波器。
·１２５·
万方数据
第３２卷
电 子测量技』
开始
——１一 输入设计要求
设计滤波器
获取，分析幅频特性数据
＜叫芝竺Ｙ乡确
厂商］
遁鲴 ≤釜≥ ｔＮ
虱而ｔ齐翮
获取、分析幅频特性数据
提示用户
输出设计结果
芝乡磊
司ｉ Ｙ
图３程序流程图
再考虑到工频可能不是５０ Ｈｚ，例如有些国家为 ６０ Ｈｚ，甚至可能是其他频率的更严重干扰，程序要求用户 输入陷波频率，取代固定的５０ Ｈｚ。于是可获得对任一指 定频率的高抑制能力。 ３．３设计实例
用Ｍａｔｌａｂ语言及其信号处理工具箱设计数字滤波器 有三种常用方法，即程序设计法、ＦＤＡＴ００ｌ设计法和 ＳＰＴｏｏｌ设计法。下面将主要通过ＦＤＡＴｏｏｌ设计法介绍 ＦＩＲ数字低通滤波器的一般设计方法及其幅频特性，然后
宋璐等：ＦＩＲ数字低通滤波器工频干扰抑制能力的提高
第６甥
介绍如何用程序设计法来提高其工频干扰抑制能力。至 于ＳＰＴｏｏｌ设计法，可参考文献［７］。
…截婕攮蒜度｛：姆一ＥＬＫＴ‘ＲＯＮＩＣ电Ｍ子ＥＡＳ测ＵＲ赢Ｎ技Ｔ术ＴＥＣＨ砌鹏Ｙ
第３２卷第６期 ２００９年６月
ＦＩＲ数字低通滤波器工频干扰抑制能力的提高
宋璐张全法 （郑州大学物理工程学院郑州４５００５２）
摘要：用Ｍａｔｌａｂ按窗函数法设计较低阶数的ＦＩＲ数字低通滤波器时，其工频干扰抑制能力一般需要优化。通过对 其幅频特性的研究，发现适当调整截止频率可显著提高其工频干扰抑制能力。设计了Ｍａｔｌａｂ程序，用户只需输入一 些基本要求，即可获得具有高工频干扰抑制能力的Ｆ球数字低通滤波器。 关键词：ＦＩＲ数字低通滤波器；工频干扰抑制能力；Ｍａｔｌａｂ 中图分类号：ＴＰ３１１ 文献标识码：Ａ
１ ＦＩＲ数字低通滤波器的Ｍａｔｌａｂ设计法
Ｍａｔｌａｂ是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析 及数值计算的高级计算语言和交互式环境。它以矩阵作 为基本数据单位，并提供了为数众多的工具箱，适宜于线 性代数、数理统计、数字信号处理、动态系统仿真、自动控 制等领域。它发展很快，目前最新版本为Ｍａｔｌａｂ ７．５，本 文所用为Ｍａｔｌａｂ ７．０。
５）点击Ｄｅｓｉｇｎ Ｆｉｌｔｅｒ按钮，完成滤波器设计。 ２．２程序设计法
一般程序设计法的思路是，用Ｍａｔｌａｂ语言编写程序， 根据设计目标调用Ｍａｔｌａｂ的相应库函数，如ｆｉｒｌ（）、ｆｉｒ２ （）、ｒｅｍｅｚ（）和ｃｒｅｍｅｚ（）等［８］。这种方法设计的滤波器，与 用ＦＤＡＴｏｏｌ设计法设计的相同参数滤波器相比，在滤波 性能上没有不同，用ＳＰＴｏｏｌ设计法时也如此，故不再 赘述。
若对截止频率或阶数等参数要求不是很严格，在 ＦＤＡＴｏｏｌ或ＳＰＴｏｏｌ设计工具界面中反复调整截止频率或
图２一般ＦＩＲ数字低通滤波器的幅频特性
阶数的大小，或在程序设计法中调用滤波器设计函数时反 复调整对应参数，有可能实现让某个梳齿对准５０ Ｈｚ。然 而，用这样的人工盲目调整法来实现将是非常困难的。若 能开发出通用程序，只需输入基本要求，无须用户调整参 数，就能让某个梳齿对准５０ Ｈｚ，将是件很有意义的事情。
对处理现场数据的数字滤波器，需考虑的一个主要问 题是如何减小５０ Ｈｚ工频干扰的影响。若５０ Ｈｚ在信号频 带内，可设计各种带阻滤波器来减小其影响，如ＩＩＲ数字带
阻滤波器［２］、自适应相干模板法滤波器［３１和多抽样率频率 抽样ＦＩＲ数字滤波器［４］等。若在信号频带外，如高于信号 截止频率，一般通过增加滤波器阶数来压缩过渡带宽度， 从而减小其影响嘲，甚至可采用频率响应屏蔽技术ｏ“，但均 未针对５０ Ｈｚ工频干扰。这样做势必造成计算量大幅度 增加或设计上的困难。
ｒ：一ｔ：一ｅＭ
式中：ｅ为大于零小于１的常数，用来避免移到５０ Ｈｚ另一 侧。
由式得到．厂：作为新的截止频率，通过循环调用ｆｉｒｌ（） 函数进行滤波器设计，逐渐减小△，的绝对值，即可让某个 梳齿对准５０ Ｈｚ。 ３．２程序流程图
本文开发的用来设计具有高工频干扰抑制能力之ＦＩＲ 数字低通滤波器的Ｍａｔｌａｂ程序流程图如图３所示。
运行设计的Ｍａｔｌａｂ程序，它首先要求用户输入滤波 器参数，设输入情况如图４（ａ）所示，即要设计的滤波器的 基本参数与前面相同，但允许截止频率增加。设计结果如 图４（ｂ）所示，幅频特性如图４（ｃ）所示。可以看出，虽然截 止频率调高了约３ Ｈｚ，但对５０ Ｈｚ工频干扰的抑制能力却 由约７０ ｄＢ提高到了约１２２ ｄＢ。