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DSP滤波器用于扩展数字化仪器的性能

时间:2015-03-22  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

  相位校正

  数字信号通常由基波和大量谐波组成,数字测量系统除了保证被测信号的幅度—频率响应之外,对于相位—频率响应亦不应引入相位延迟。由于数字示波器的硬件往往使高频谐波产生相移,结果是信号的群延迟增加。为了消除群延迟导致信号失真,只有提高仪器的带宽或由DSP滤波器作相位校正,显然后者是最经济有效的办法。借助与幅度平整使用的FIR滤波器的相似设计,不难使重建波形的群延减小,使被测高速数字波形的瞬态失真保持在最低限值以内。

  噪声降低

  根据白噪声的广谱分布特性,数字测量系统的带宽越高则背境噪声越大,使用多次平均或DSP滤波器可明显降低背境噪声,对实时数字示波器来说,只有DSP滤波器是可行的办法。但是,FIR滤波器在降低噪声的同时,也导致实时带宽的减小,因此,设计工程师必须在噪声与带宽之间作出折衷。

一体电感  带宽提升

  如上所述,使用Sinx函数的波形重建可获得平滑下降的频率特性,不会产生混淆频率,但-3dB带宽只有取样频率的1/4(BW=1/4fs),而且在奈奎斯特频率fN至取样频率fs之间还有高频分量存在(图2中的斜线部分)。数字示波器灵巧运用提升高频幅度的DSP滤波器,与原来sinX函数的平滑下降幅度相加,形成了接近砖墙型的高频下降频率响应功率电感器曲线,使-3dB带宽得到扩展。如图4所示,下面是sinX/X曲线,上面是带宽提升滤波器曲线,中间是补偿后的频率响应曲线,补偿后的曲线使-3dB带宽增加,形状工字电感器更像砖墙。为了明确区分数字示波器由硬件获得的sinX函数频响特性和由DSP滤波器提升的频响特性,将前者标为数字示波器模拟带宽,后者称为DSP带宽。显而易见,DSP带宽的扩展导致背境噪声的增加,如何综合平衡带宽与噪声的取舍,将由设计工程师视被测信号而定。一般情况下,仪器供应商为用户提供多种DSP带宽作为选项,在保证模拟带宽的前提下,获得对被测信号最有利的DSP带宽。

  DSP滤波器的应用实例

  DSP滤波器在数字测量仪器的几项应用实例:

  仪器业界中,使用DSP改善测试仪器高频特性的供应商首推安捷伦公司,它在高档网络分析仪、频谱分析仪中成功地引入DSP带宽提升滤波器。在时域反射计最早采用DSP带宽提升技术将阶跃脉冲的上升边沿“标称化”,使隧道二极管的重建滤形更快速、噪声降低、抖动减小,从而提高测量反射波和反射系数的读数准确度。时域反射计的“标称化”技术至今还被仪器业界所采用,加上时域反射计可模压电感器使用重复取样,更容易发挥DSP滤波器的特点。近几年来,安捷伦扩大DSP滤波器技术至数字存储示波器,例如54855A全面使用FIR数字滤波器,将模拟带宽6GHz提高至DSP带宽7GHz。在充分利用前文介绍的五种DSP滤波器和硬件的配合下,获得良好的性能提升:

  ·取样率20GS/s和分辨率8位时,模拟带宽达到6GHz,幅度平整性由±1至&三相电感器#177;2dB改进到±0.5dB。

  ·在幅一频响应平滑和相一频响应补偿后,单次数据采集的时间测量准确度由±2ps以上改进到±1ps。

  ·硬件感应的背境噪声在垂直灵敏度100mV/格时为2.8mV(rms),利用DSP降噪波波器可改善到1.5mV(rsm)。

  ·测量上升时间50Ps的标准阶跃脉冲时,使用模拟带宽6GHz(上升时间70ps)的测量结果是74ps,利用DSP带宽7 GHz的测量结果是66ps,说明FIR滤波器的带宽提升能力可有效改进高速数字信号的时间测量准确度。

  ·值得注意的是DSP带宽引入的背境噪声的影响,模拟带宽6 GHz和垂直灵敏度100mV/格时背境噪声约3mV(rms),DSP带宽7 GHz时对背境噪声增加到6 mV(rms),亦即增加一倍。

  综合以上实测结果,安捷伦公司将54855A数字示波器的模拟带宽定为6 GHz,DSP带宽定为7GHz,这是综合平衡全面指标的可靠结果。

  继54855A之后,安捷伦再推出80000B系列数字示波器,最高档的81004B、81204BB、81304B在取样率40GS/s和分辨率8位时,分别具有10 GHz、12 GHz、13 GHz的带宽,而相应背境噪声是342μV/格、387μV/格、419μV/格,触发抖动小于0.5ps。对于指数最高的81304B,它的模拟带宽是10 GHz,DSP带宽是13 GHz,相应背境噪声从342μV/格增加到419μV/格。相对54855A数字示波器来说取样率和带宽都增加一倍,但背境噪声并无成倍增加,表明硬件/软件的配合应用非常成功。

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有没有大神啊
1、只要占空比没有达到100%就可以用变压器驱动。2

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