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数字中频式频谱仪的分辨率带宽设计

2012-02-17 14:21
安娜PARKER
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  1.3 频谱仪多抽取率滤波器原理

  数字中频式频谱分析仪的分辨率带宽是通过多抽样率滤波器设计实现的。针对下变频后依然过采样的数据流,则需要以不同速率的滤波和抽取,以获得不同的实时分析带宽。这样,实际的抽取率变化范围很大,例如,当需要较窄的分辨率带宽时,其抽取率很高,要求采用多级的滤波和抽取来逐步降低采样率,这样也降低了对每一级抗混叠滤波器的要求。由于ADC是在中频进行采样,数据率和采样率是一致的,而FIR滤波器无法保证高采样率低带宽的设计,因此,要先通过CIC (梳状滤波器) 和HB (半带滤波器) 滤波抽取器进行大的抽取,使数据率快速降下来,再由FIR滤波器进行滤波。结合正交解调,数字下变频的结构框图如图1所示。

图1 数字下变频器结构框图

  CIC (梳状) 滤波器的系数都为1,而且只有加法运算,没有乘法运算,因而硬件实现非常容易,同时可以达到很高的处理速率,很适合作抽取系统中第一级抽取和进行大的抽取因子。但单级CIC滤波器的过渡带和阻带衰减特性不好,通常需要采用多级级联方式来加大滤波器旁瓣电平衰减。选用5级级联时,阻带衰减约为67.3dB,可以满足第一级滤波器衰减要求。虽然CIC抽取率较高,但其频率响应3dB有效带宽很窄。而要保证有效带宽基本不变,且继续降低抽取率,其后级可以采用半带滤波器。

  HB (半带) 滤波器的系数几乎一半为零,其滤波时的运算量可减少一半。而其抽取因子固定为2,因此,经过N级HB滤波器后,可以使采样率降低2N倍。多级滤波抽取后的频率响应在通带内无交叠,它只在过渡带边缘有交集,因而具有很好的抗混叠效果。

  通过CIC和HB多组滤波器的滤波抽取,基带信号被降到了较低的采样率,可以适于FIR处理。

  由于FIR滤波器的阶数较高,可以设计成过渡带小、阻带衰减高且具有很好波形因子的频率响应,以满足频谱分析仪对分辨率带宽滤波器的特别要求。

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