DSP濾波器用于擴展數字化儀器的性能(06-100)

　　相位校正

　　數字信號通常由基波和大量諧波組成，數字測量系統除了保證被測信號的幅度—頻率響應之外，對于相位—頻率響應亦不應引入相位延遲。由于數字示波器的硬件往往使高頻諧波產生相移，結果是信號的群延遲增加。為了消除群延遲導致信號失真，只有提高儀器的帶寬或由DSP濾波器作相位校正，顯然后者是最經濟有效的辦法。借助與幅度平整使用的FIR濾波器的相似設計，不難使重建波形的群延減小，使被測高速數字波形的瞬態失真保持在最低限值以內。

　　噪聲降低

　　根據白噪聲的廣譜分布特性，數字測量系統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，對實時數字示波器來說，只有DSP濾波器是可行的辦法。但是，FIR濾波器在降低噪聲的同時，也導致實時帶寬的減小，因此，設計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函數的波形重建可獲得平滑下降的頻率特性，不會產生混淆頻率，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)。數字示波器靈巧運用提升高頻幅度的DSP濾波器，與原來sinX函數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曲線，使-3dB帶寬得到擴展。如圖4所示，下面是sinX/X曲線，上面是帶寬提升濾波器曲線，中間是補償后的頻率響應曲線，補償后的曲線使-3dB帶寬增加，形狀更像磚墻。為了明確區分數字示波器由硬件獲得的sinX函數頻響特性和由DSP濾波器提升的頻響特性，將前者標為數字示波器模擬帶寬，后者稱為DSP帶寬。顯而易見，DSP帶寬的擴展導致背境噪聲的增加，如何綜合平衡帶寬與噪聲的取舍，將由設計工程師視被測信號而定。一般情況下，儀器供應商為用戶提供多種DSP帶寬作為選項，在保證模擬帶寬的前提下，獲得對被測信號最有利的DSP帶寬。