致遠(yuǎn)電子：電路噪聲干擾測(cè)試中數(shù)字濾波功能的應(yīng)用
噪聲在硬件電路中無處不在，會(huì)對(duì)電路性能以及波形的測(cè)量造成不同程度的影響。對(duì)信號(hào)分析而言，噪聲信號(hào)影響甚至淹沒了實(shí)際信號(hào)，導(dǎo)致在示波器上無法準(zhǔn)確觀察和測(cè)量，因此，去偽存真，剔除掉噪聲信號(hào)，準(zhǔn)確地顯示真實(shí)有用信號(hào)波形變得非常關(guān)鍵。
下圖是我們?cè)跍y(cè)量某個(gè)正弦小信號(hào)時(shí)，實(shí)際信號(hào)夾雜著很多噪聲干擾，造成波形不能有效觸發(fā)，無法準(zhǔn)確觀察和測(cè)量：
普通的數(shù)字示波器減少波形中的噪聲的方式有很多，主要使用的有以下三種：
大多數(shù)示波器都有限制示波器帶寬的電路。限制帶寬后，將使高于限制頻率的信號(hào)從硬件上進(jìn)行衰減，因此使用帶寬限制是降低示波器的波形噪聲的最簡(jiǎn)單的方法之一。但是需要注意的是，帶寬限制一般只標(biāo)配20MHz這一個(gè)選項(xiàng)，而很多噪聲可能會(huì)低于20MHz。另外，由于模擬濾波器是由元器件組成，在通帶平坦度、阻帶衰減和過渡帶的幅頻特性都會(huì)比較差。
對(duì)于本文的正弦小信號(hào)，打開帶寬限制，濾波效果并沒有很大的改善，因?yàn)楹芏嘣肼暿堑陀?0MHz。
這種方法是改變示波器的采樣模式，在該模式下，示波器對(duì)多次采樣的波形進(jìn)行平均處理，處理后再進(jìn)行顯示，這樣可以減少輸入信號(hào)上的隨機(jī)噪聲并提高垂直分辨率。平均次數(shù)的值可以設(shè)置，平均次數(shù)越高，噪聲越小，但波形顯示對(duì)波形變化的響應(yīng)也越慢。需要注意的是，平均捕獲功能，針對(duì)的是周期性重復(fù)和能正常觸發(fā)的信號(hào)，它是對(duì)所有通道的捕獲模式進(jìn)行修改。因此，對(duì)于非周期性、不能穩(wěn)定觸發(fā)的信號(hào)，不適合使用平均模式。
對(duì)于本文的正弦小信號(hào)，選擇平均模式，平均次數(shù)設(shè)為512次，濾波效果不明顯.
這種方法也是改變示波器的采樣模式，示波器使用最高的采樣率進(jìn)行采樣，對(duì)采樣到的一幀數(shù)據(jù)，將多個(gè)采樣點(diǎn)平均處理成一個(gè)采樣點(diǎn)，相當(dāng)于一種簡(jiǎn)單的低通濾波，從而達(dá)到減少噪聲的效果。
對(duì)于本文的正弦小信號(hào)，選擇高分辨率模式，濾波效果同樣不明顯，如下圖所示：
從以上三種的描述中，我們可以發(fā)現(xiàn)，這三種都可以達(dá)到一種簡(jiǎn)單地減少噪聲的效果，但是，效果不是很明確，不能很精確地對(duì)某些范圍的噪聲進(jìn)行處理，而且設(shè)置比較單一，很難有效地減少噪聲。
相比硬件的濾波器，數(shù)字濾波器在性能和成本方面都有很大的優(yōu)勢(shì)，通過較少的計(jì)算量，可以使通帶內(nèi)具有很好的平坦度、阻帶內(nèi)有足夠的衰減和足夠小的阻帶紋波，以及陡降的過渡帶。如下圖所示，是ZDS2024數(shù)字濾波器在設(shè)置歸一化截止頻率為0.08的低通巴特沃斯濾波器的幅頻響應(yīng)曲線：
對(duì)于本文的正弦小信號(hào)，使用數(shù)字濾波功能，將會(huì)使噪聲大大減少。我們通過FFT得知，紋波的基波頻率為350Hz，存在各種各樣的高頻諧波和噪聲干擾，因此我們選擇低通濾波功能，將截止頻率設(shè)為1KHz，以保證有效的信號(hào)頻率不被衰減，同時(shí)，可以移動(dòng)濾波的波形顯示位置，將濾波后的波形與原始波形進(jìn)行對(duì)比，另外也可以設(shè)置是否顯示原始通道波形，效果如下圖所示：
對(duì)于數(shù)字濾波后的波形，可以使用自動(dòng)測(cè)量功能，對(duì)濾波后的波形的電壓、時(shí)間、計(jì)數(shù)等測(cè)量項(xiàng)進(jìn)行測(cè)量。
因此，ZDS2024新增的數(shù)字濾波功能，用戶設(shè)置方式靈活多樣，濾波效果實(shí)用高效，在電源信號(hào)分析和噪聲過濾分析中有很大的用途。
