抗混叠滤波器设计方案
抗混叠滤波器
摘要文章是对抗混叠滤波器的设计研究，提出了一种过采样系统设计方案。
通过多次反复地对信号进行采样，然后通过将数字滤波和模拟滤波技术有机结合，充分发挥各自滤波器的特点来解决数据采集系统的抗混叠问题。
抗混叠滤波器的设计重点在数字滤波器部分，而FIR数字滤波器以其良好的线性特性、系统稳定等诸多优点,得到了广泛应用,也十分适合用于信号采集中的抗混叠滤波。
关键词：抗混叠滤波器；过采样；数字滤波器；目录摘要 (I)目录 (II)第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景和意义 (1)1.2 课题研究现状 (1)1.3 课题的目标与任务 (2)第2章抗混叠滤波器系统的构建 (3)2.1 抗混叠滤波器设计的基本思路 (3)2.2 数字滤波器的选择 (3)2.3 过采样系统 (4)2.3.1 过采样技术 (4)2.3.2 过采样系统设计方案 (4)第3章抗混叠滤波器系统的仿真 (6)3.1 FIR低通滤波器的设计 (6)3.1.1 FIR数字滤波器的设计步骤 (6)3.1.2 窗函数的选择 (6)3.1.3 MATLAB相关函数的使用 (7)3.2 过采样系统的构建与仿真 (8)结论 (11)参考文献 (12)致谢.................................................................................................. 错误！未定义书签。
附录. (13)第1章绪论1.1 课题研究背景和意义现如今需要滤波器的领域十分多。
例如，采样视频系统中的信号混叠现象，当超出视频频段范围的高频信号通过数模转换器的采样过程混叠回视频频段时，就会产生混叠现象；随着电力电子技术的不断发展，电力电子装置广泛投入运行因而有大量的高次谐波注入电网，产生了严重的谐波污染，对于工农业生产造成了严重的影响；在当代煤矿的电网中，由于大量大功率和非线性设备的应用，致使部分煤矿电网中的谐波含量已经远远超出国家标准；在自动控制、测控系统的数据采集过程中，不可避免地会有高频干扰信号混杂在有用信号当中，当这些信号的数据采集频率超过采样定理所规定的范围时，就会采集到一些不确定的信号并对有用信号造成干扰，即频率混叠。
Butterworth有源抗混叠滤波器设计
研究与设计 电 子 测 量 技 术ELECTRONIC MEA SUREM ENT T ECH NOLOGY 第31卷第2期2008年2月Butterworth有源抗混叠滤波器设计林祥金 张志利 朱 智(西安二炮工程学院 西安 710025)摘 要:信号混叠是视频采样系统中的一种失真。
为了防止这种失真,本文设计了一个4阶的视频有源低通抗混叠滤波器。
通过对二阶Bessel、Butter wo rth和Chebyshev等多种滤波器的性能分析比较,本文采用Butterw or th滤波器来设计该抗混叠滤波器,电路的拓扑结构采用Sallen K ey结构,并采用高速双运算放大器(SN10502),以构造一个可放入狭小印刷电路板中的4阶But terw or th滤波器。
测量结果表明,该滤波器在视频频段内几乎不出现峰值、平坦度好,并且阻带抑制效果好。
微分增益和相位同样也很不错。
最后,还讨论了在设计视频有源滤波过程中应该如何根据实际应用选择运算放大器,如何选择电容、电阻值,如何布局布线以及如何消除振荡。
关键词:Butter wo rth滤波器;有源抗混叠滤波器;Sallen key中图分类号:T P273 文献标识码:ADesign of butterworth active anti aliasing filterL in Xiangjin Zhang Zhili Zhu Z hi(Second Artillery Engin eering In stitu te,Xi an710025)Abstract:Sig nal aliasing is an obvious distor tio n in high speed video sampling system.T o avo id that,this paper presents a design of a four o rder active anti aliasing filter using hig h speed dual o perat ional amplifier SN10502,which can be placed in a tiny P CB(P rinted Circuit Boa rd).A n o ptimum design of this filter is intr oduced.Results show that the designed filter o ffers g oo d flatness of f requency r esponse,g oo d effects of sto pband rejectio n,hig h differential g ain and hig h differ ent ial phase,and almost no peaking occurs w it hin video fr equency r ang e.Finally this paper ends w ith discussions on ho w to cho ose o per ational amplifiers based o n practical application,how to choo se capacit ance and resistance,how to eliminate oscillation and on how to layout.Keywords:Butt erw ort h filter;act ive anti aliasing filter;Sallen key0 引 言信号混叠是采样视频系统中的一个明显失真。
一种分析和设计抗混叠滤波器的方法
一种分析和设计抗混叠滤波器的方法
宋军;赵明忠
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2008(31)19
【摘要】信号采集通道中,一般采用高阶抗混叠滤波器来消除频率混叠现象,这同时也增加了滤波器设计难度.为有效降低滤波器设计的难度,在详细分析并讨论了抗混叠滤波器的陡度、阶数与信号抽样频率以及A/D转换器的分辨率之间的内在关系后,提出了抗混叠滤波器、抽样频率和A/D转换器三者之间合理权衡设计的方法.该分析方法为抗混叠滤波器乃至信号采集通道的设计提供了十分有益的参考.
【总页数】3页(P67-68,71)
【作者】宋军;赵明忠
【作者单位】南京林业大学,信息学院,江苏,南京,210037;南京林业大学,信息学院,江苏,南京,210037
【正文语种】中文
【中图分类】TNT13
【相关文献】
1.用于电网谐波分析的抗混叠滤波器设计 [J], 李绍铭;张国利
2.电网谐波检测抗混叠滤波器的分析与设计 [J], 吴昊;李世光;高正中;高庆地
3.一种抗混叠滤波器的设计 [J], 郭红玉
4.一种多路分时复用抗混叠滤波器设计与实现 [J], 朱洪翔; 董青; 张迪
5.一种抗混叠失真的IIR数字滤波器设计方法 [J], 刘文斐
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
抗混叠滤波器antialiasfilter是一个低通滤波器用以在输出
抗混叠滤波器 anti-alias filter是一个低通滤波器，用以在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度。
在对模拟信号进行离散化时，采样频率f2至少应2倍于被分析的信号的最高频率f1,即：f2≥2 f1；否则可能出现因采样频率不够高，模拟信号中的高频信号折叠到低频段，出现虚假频率成分的现象（如下图所示），称之为：混叠。
为解决频率混叠，在对模拟信号进行离散化采集前，采用低通滤波器滤除高于1/2采样频率的频率成份。
实际仪器设计中，这个低通滤波器的截止频率(fc) 为：截止频率（fc）= 采样频率（fs） / 2．56窗函数有截短和平滑的作用，窗函数选择的好，可以在相同阶次的情况下，提高滤波器的性能，或是在满足设计要求的情况下，减少滤波器阶数。
选窗标准：1. 较低的旁瓣幅度，尤其是第一旁瓣；2. 旁瓣幅度要下降得快，以利于增加阻带衰减；3. 主瓣宽度要窄，这样滤波器过渡带较窄。
但这三点难以同时满足，当选用主瓣宽度较窄时，虽然得到的幅频特性较陡峭，但通带、阻带波动会明显增加；当选用较低的旁瓣幅度时，虽然得到的幅频特性较平缓匀滑，但过渡带变宽。
因此，实际的选择往往是取折衷。
一般选这几个窗之一：矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗、布拉克曼窗、凯塞窗，可以查查资料比较他们的旁瓣幅度，过渡带宽度和阻带最小衰减后再进行选择。
1)根据过渡带宽及阻带衰减要求，选择窗函数的类型并估计窗口长度N（或阶数M=N-1），窗函数类型可根据最小阻带衰减As独立选择，因为窗口长度N对最小阻带衰减As没有影响，在确定窗函数类型以后，可根据过渡带宽小于给定指标确定所拟用的窗函数的窗口长度N，设待求滤波器的过渡带宽为Δw，它与窗口长度N近似成反比，窗函数类型确定后，其计算公式也确定了，不过这些公式是近似的，得出的窗口长度还要在计算中逐步修正，原则是在保证阻带衰减满足要求的情况下，尽量选择较小的N ，在N 和窗函数类型确定后，即可调用MATLAB 中的窗函数求出窗函数wd （n ）。
改进的高性能CIC抗混叠滤波器
2012年第07期，第45卷 通 信 技 术 Vol.45，No.07,2012 总第247期 Communications Technology No.247,Totally改进的高性能CIC抗混叠滤波器皇甫文斌， 朱 江， 王世练（国防科学技术大学 电子科学与工程学院，湖南 长沙410073）【摘 要】这里对一种旋转锐化级联积分梳状滤波器（RSCIC，Rotated Sharpening Cascaded Integrator Comb Filter）进行了研究，RSCIC由锐化级联积分梳状滤波器（SCIC，Sharpening Cascaded Integrator Comb Filter）和旋转内插滤波器（Rotated Sinc Filter）两部分构成。
RSCIC可有效地提高传统积分梳状滤波器（CIC, Cascaded Integrator Comb Filter）的通带和阻带传输性能，特别适合采样率转化。
仿真表明，在同等条件下，RSCIC滤波器的阻带衰减性能比传统的CIC滤波器提高了22 dB，通带抗衰减性能比传统的CIC滤波器提高了0.5 dB。
【关键词】采样率转换；积分梳状滤波器；锐化级联积分梳状滤波器；旋转内插滤波器【中图分类号】TN911.72 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2012)07-0119-03 Improved High Performance CIC FilterHUANGFu Wen-bin， ZHU Jiang， WANG Shi-lian(School of Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology,Changsha Hunan 410073, China)【Abstract】CIC(Cascaded Integrator Comb) filter, for its simple hardware, is a most commonly-used multistate filter. However, the large distortion of the pass-band and the attenuation of the stop-band limit its applications, a new cascade structure is studied and proposed. Simulation shows that the proposed structure could improves the stop-band attenuation by 30dB as compared with the traditional CIC Filter. The new structure is quite good in the sampling rate conversion.【Key words】sample rate conversion；CIC；sharpening CIC；rotating sharpening CIC0 引言积分梳状滤波器CIC [1]结构简单，不使用乘法器，且不需要预先存储滤波器系数，是目前用于采样率转换常用的滤波器，但是，单一积分梳状滤波器通带和阻带性能相对较差，无法满足实际应用要求[2]。
加速度传感器中抗混叠滤波技术的设计与实现
加速度传感器中抗混叠滤波技术的设计与实现张文俊;刘国忠;杜振波【摘要】为了消除因温度变化引起的加速度传感器频率混叠现象，笔者采用在传感器信号调理电路的负反馈电阻上增加电容，形成一阶低通滤波器的方法，既可保证产品工作频率范围内的有效信号不被衰减，又可滤除信号频带外的所有高频噪声，是提高加速度传感器测试精度的一种有效措施。
%In order to eliminate frequency aliasing phenomenon of the acceleration sensor caused by temperature change, the authors adopted increasing capacitance on negative feedback resistance of the sensor signal conditioning circuit, which formed a first-order low-pass filter, which ensured product can be effective signals are not within the scope of work frequency atten-uation, but also filter all the high-frequency noise in addition to the signal frequency band. The method was a kind of effec-tive measures for increasing accuracy of acceleration sensor test.【期刊名称】《科技创新与生产力》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】3页(P100-101,106)【关键词】加速度传感器;频率混叠;滤波技术【作者】张文俊;刘国忠;杜振波【作者单位】中北大学信息与通信工程学院，山西太原 030051;山西科泰微技术有限公司，山西太原 030006;山西广播电视台，山西太原 030001【正文语种】中文【中图分类】TN-9;TN06在测控系统的数据采集过程中，不可避免地会有高频干扰信号混杂在有用信号中。
利用开关电容滤波器实现抗混叠滤波
利用开关电容滤波器实现抗混叠滤波带外杂散信号所引起的混叠现象是A/D转换器应用中所面临的关键问题，如果没有适当的滤波处理，这些信号会严重影响数据转换系统的性能指标。
本文主要讨论抗混叠滤波的原理及其对系统性能的影响。
本文针对这一应用，提供了一个开关电容滤波器设计范例，该方案具有极高的性价比。
本文几乎涵盖了所有与高性能系统设计有关的重要参数和实际问题。
产生混叠的来源：这一点在奈奎斯特定理中给出了说明。
奈奎斯特定理指出：时间连续信号转换成离散信号时，需要在一个周期内的采样次数多于2次。
如果采样次数不够，将无法恢复丢失的信息。
从图1可以更清晰地看到这一点，如果信号每周期采样一次，得到的只是一个直流信号(幅度为任意值)，如图1a所示。
如果每周期采样两次，得到一个方波信号(图1b)。
值得注意的是：对输入信号进行每周期2次的采样是一种非常特殊的情况，任何时候都要避免这种情况。
图1c所示是以200kHz采样率对190kHz信号进行采样的情况。
所得信号是一个完好的正弦波，但频率是错误的。
频率的改变正是由于混叠现象导致的。
图1a。
对正弦信号进行每周期一次的采样时，得到一个幅度为任意值的直流信号。
图1b. 对同一正弦波每周期采样两次，得到一个方波，幅度信息丢失。
图1c. Fsignal = 190kHz、Fs = 200kHz是欠采样信号，所得结果是混叠现象导致的。
图2所示是在频域的表现形式，从图中可以看出，频率高于 f > f s/2的信号被镜像到f s/2。
为了避免这种现象，必须保证信号中没有更高的频率成份。
因此，我们必须了解信号的最高频率，采样频率需要高于这个频率的两倍。
一种最原始的考虑是从数字域解决这个问题，但这显然是不可取的，因为一旦完成信号采样，有些信号混叠到所感兴趣的频段，则无法从信号中移除这些频率成份。
抗混叠滤波必须在模拟域进行，即在信号采样之前。
图2. 频域中的混叠现象，欠采样信号镜像到f s/2。
抗混叠滤波器的设计与运用
抗混叠滤波器的设计与运用摘要：在信号采集系统设计中，数据采集的精度及对数据采集的抗混叠滤波是很重要的考虑因素。
本文介绍了如何设计品质优良的抗混叠滤波器。
首先阐述了如何用分离元件设计滤波器，并以巴特沃斯滤波器为例进行分析。
然后讨论了使用集成芯片来设计抗混叠滤波电路，并总结了它们的优缺点。
关键词：信号采集；滤波器；抗混叠1.引言在信号采集系统中，如果信号的最高频率fh超过1／2采样频率（fs），即fh＞fs／2 时，则各周期延拓分量产生频谱的交叠，称为频谱的混叠现象。
我们将采样频率之半（／2）称为折叠频率，它如同一面镜子，当信号频谱超过它时，就会被折叠回来，造成频谱的混叠。
若原始信号是频带宽度有限的，要想采样后能够不失真地还原出原始信号，则采样频率必须大于或等于两倍信号谱的最高频率，即奈奎斯特采样定理。
若原始信号不是频带宽度有限的，为了避免混叠，一般在抽样器前加入一个保护性的前置低通滤波器，称为抗混叠滤波器。
抗混叠滤波器可选用模拟滤波器电路，也可选用集成的芯片。
模拟滤波器电路可由运放、电阻和电容搭建，由于受分离元件的精度和环境温度影响，很难提高滤波精度，但是电路参数可以根据滤波器的指标自由设计；集成芯片由于集成度的提高，电路的可靠性和精度有了相应的提高，但是滤波器的指标受到了一定的限制。
本文就从这两方面进行滤波器的分析与设计。
2.模拟抗混叠滤波器电路设计抗混叠滤波器需要首先确定所希望的滤波特性（截止频率、过渡带衰减等），然后选择能够满足应用需求的最佳滤波方案。
一般情况下，低通滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速度越快，就越接近理想幅频特性，但实现起来电路越复杂，成本也较高。
下面以4阶巴特沃斯低通滤波器为例来分析滤波器电路中电阻电容参数。
表1所示为4阶Butterworth低通滤波器参数，它可由两个二阶低通滤波网络级联而成。
表1 4阶Butterworth低通滤波器参数由式（2）和表1可确定满足条件的一组电容元件参数：C1A=0.46 ，C1B=0.07 ，C2C=0.19 ，C2B=0.16 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
抗混叠滤波器设计
抗混叠滤波器的设计包括一个过采样架构和一个补充数字抽取滤波器。
这个过采样架构将那奎斯特频率放置在远离信号带宽的位置上，而数字抽取滤波器衰减大多数有害的带外信号。
当把二者组合在一起时，它们可以实现更加自由的抗混叠滤波器响应，只需几个分立式组件即可实现这一功能。
图1：用一个适当的抗混叠滤波器来阻止这些混叠
应用中使用抗混叠滤波器是有益的，不我们知道，在高精度ADC过，设计合适的抗混叠滤波器也同样重要—如果你不小心的话，就．
像把有害误差从系统中消除一样，很容易将有害误差引入到你的系个通用指3统中。
在为你的应用设计抗混叠滤波器时，请考虑以下导
原则：
选择你的滤波器截止频率1.
所示，它2最简单的抗混叠滤波器是一个单极、低通滤波器，如图。
设计这个滤波器的 (R) 和共模电容器 (CCM)使用一个串联电阻器上，滤波器的响应滚降。
在fC第一步就是选择所需的截止频率，fC 十倍频的速度减少。
，并且在频率域范围内继续以至-3dB-20dB/
，至少低十倍频的截止频调制器采样频率，选择一个比ADCfMOD倍或更高倍数打压带外噪声。
率，其目的在于，在这些频率上以10的值
来进一步减少截止频率。
对于增加的衰减，通过增加R和CCM
我在上一篇文章中提到过，你的数字抽取滤波器的用途就是提供帮助，所以就没有必要在所需信号带宽之后立即设定你的抗混叠滤波器截
止频率。
方程式1计算出单极、低通滤波器的截止频率为-3dB：
2.ADC输入上的单极、低通滤波器图
有时候，一个单极、低通滤波器也许还不够。
诸如振动感测等应用也许是用更少的过采样来分析更宽带宽上的信号。
这就使数字抽取，并且使得抗混叠滤波器的滚降空间更滤波器的通带更加靠近fMOD对的第二极或第三小。
在这些情况下，你可以添加一个包含额外RC 极，以实现一个更加灵敏的滤波器响应。
的单极和双极滤波器的响应；这个中显示的是，设计用于ADC图3上对输入进行采样。
双极滤波器扁平通带向外fMOD = 1MHz在ADC扩展至大约20kHz，并且仍然能够在1MHz上实现-60dB的衰减。
单极和双极低通滤波器的频率响应图3.
2.考虑差分与共模滤波器之间的关系
）的电压，所转换两个独立输入之间（例如INP与INN很多ADC以，设计人员经常在每个输入上放一个共模滤波器，以保持系统共。
然而，组件容差将使任意两个滤波器不匹配，并且 (CMR)模抑制性能，这是因为对共同信号的滤波操作不CMR会降低频率范围内的同。
这就通过人们已知的共模至差分转换产生一个差分信号误差。
，计算出共CTOLRTOL，和电容器容差，2方程式使用电阻器容差，：下的CMR率定在波叠抗模混滤器指频
中所示，可以考虑添加一个差分滤4的应用，如图CMR对于需要高．CDIFF 2个共模滤波器提供补充。
通过将差分电容器波器，以便为倍，
将差分截止频率设定为比共模截止频率低10增加到比CCM大倍频。
这样可以减轻由共模组件不匹配所引入的误差，并且生成10计算出差分低通滤波器3一个更加灵敏的总体滤波器响应。
方程式 2。
的截止频率。
需要注意的是，分母中有一个额外的因子
添加了一个差分滤波器的共模滤波器图4. 选择合适的组件值3. 将电阻器添加到信号路径中将在测量中引入有害噪声和误差，所以，不论何时都有必要将它们控制在合理的范围内。
或热噪声—可被建模为电压源与你电阻器噪声—也被称为Johnson
的理想“无噪声”电阻器相串联。
总的说来，你不希望电阻器热噪
的噪底以下就非常重ADC声占据整条信号链，那么，将其保持在 vn 要。
方程式4计算出电阻器热噪声的噪声密度，：
是温度值，单位玻尔兹曼常量在这里，k = (1.38E-23 J/K)，而T 为开尔文。
串联电阻也会在输入偏置电流出现时引入小的偏移电压。
虽然你也许能够在之后校准这个值，不过还是要尽可能地限制电阻器尺寸，特别是在偏置电流有可能变得很大时更应如此。
与滤波器电阻器不同，你能够使用的电容器的值越高，效果就越是如何对输入进行采样ADC好。
如需了解其中的原因，就必须知道的。
调制器的开关的输入直接与不包含集成缓冲器的增量-累加ADCADC 电容器采样结构相连。
这个采样结构包含一个开关网络，以及电容显示的是一个经简化示5的采样电容器。
图或值大约为10pF20pF例。
一个图5.ADC中的经简化开关电容器采样结构
采样期间，这个开关电容器电路在外部电路上放置了一个瞬态负载。
这个滤波电容器帮助减少来自调制器的采样电荷注入，并且提，充电所需的某些瞬时电流。
滤波电容器CSAMPLE供为采样电容器，因子、低温度系数、以及稳Q越大，可用的电荷就越多。
由于其高类型的陶瓷电容器。
较大的电容器NP0/C0G定的电气特性，请使用技术规格，不过，需牢记的 (THD) 值也会改进总谐波失真等AC时间常量，并且需要一个更长的稳定时是，这就增加了滤波器的RC 间。
条指导原则已经使你为下一次的抗混叠滤波器设计做好我希望这3
准备。