DSP滤波器用于扩展数字化仪器的性能(06-100)

　　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。

　　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。