网络仪中数字滤波器设计及软件实现

汽车工业、石油勘探及测量仪器。在智能测量仪器中也越来越多地使用了DSP器件。比如，在某一体化智能网络分析仪器中就采用了TI公司的第二代数字信号处理器TMS320C25 ，实现了数字中频，并进行滤波和提取矢量数据（即中频同步检波）以及一些比率变换功能。

图1是该网络仪中对中频信号的处理过程。混频后的中频载波信号中得到想要的矢量信号，即同步检波过程。DSP在此过程中所起的作用就是将模数转换得到的A、B、R等几路中频信号分别转化为矢量信号，并存于共享存储器中。

在该网络仪器中，射频信号频率范围为0.3～3 000MHz， 本振信号为0.328～3 000.028kHz，二者混频产生27.778kHz的中频信号。如何从中频信号分离出矢量信号的虚部和实部是设计的重点。基本设计思想仍然是利用三角函数的积化和差，用混频得到实部和虚部及中频的2倍频，然后滤掉高频分量，只不过这次要用数字混频和数字滤波了。

1滤波器的设计

1.1cos（2πfn）、sin（2πfn）信号构造

1.2低通滤波器设计

因为要求的是矢量信号，对相位要求非常严格，所以在滤波器的选择上应选取FIR滤波器。即有限冲激响应滤波器。FIR滤波器的基本结构是一个分节的延时线，每一节的输出加权累加，得到滤波器的输出。数学上可以表示为：

表1是常见的窗函数及其阻带最小衰减特性和过渡带宽度。

滤波器的阻带最小衰减取决于窗函数的特性，而滤波器的过渡带宽度则由窗函数和阶数共同决定。在选取了窗函数之后，则其过渡带宽度与阶数N成反比。

2滤波器的实现

在网络仪中，采用的中频分辨率带宽可为6 500Hz、3 700Hz、250kHz、15Hz 4种。其对应的滤波器阶数分别为5、15、245、2025。

对于数字滤波器的设计，还有一个很大的优点，就是可以进行计算机模拟。预先对结果进行观察和调整，得到一个最满意的结果。图3、图4为计算机模拟的结果。

滤波器特性（N=245，低通截止频率125Hz）：

低通滤波器特性 （N=245，低通截止频率125Hz，Kaiser窗，β=6.658）：

参考文献：

[1]苏涛.高性能DSP与高速实时信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.

[2]LEE J H， CHEN C K， LIM Y C. Design of discrete coefficient FIR digital filters with arbitrary amplitute and phase responses[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems， 1993（40）.

[3]郑力新，周凯汀，王永初.基于遗传算法和窗函数的FIR滤波器新设计方法[J].电子测量与仪器学报，2002（1）.