利用信号调节器的抗混淆滤波器实现混合信号、多模态传感器调节

作者：时间：2013-11-30 来源：网络收藏

但是，如果相同的5kHz放大器用于图2所示电路，并且两个传感元件的信号被依次采样，则数字滤波器在衰减多余3kHz信号方面不起作用。这是因为，传感元件1信号的有效采样频率仅为5kHz，尽管ADC采样率为10kHz。因此，3kHz会进入基带(即表现为带内信号)，从而让数字滤波器在消除多余信号方面不起作用。

请注意，为了防止出现多余信号失真，并满足尼奎斯特准则要求，放大器带宽必须降至2.5kHz。在这种情况下，便不再需要一个2.5kHz数字滤波器;数字化信号带宽被模拟放大器限制在2.5kHz。

多余宽带白噪声

图1和图2所示信号通路会产生多余宽带白噪声。为了研究和清楚地理解这个问题，我们假设信号通路没有任何多余正弦波分量。同时，我们还假设，相比量化噪声，信号通路的白噪声是主要噪声源(这类信号通路的常见情况)。

白噪声抗混淆滤波器：案例1

由于存在图1所示独立信号通路，每个5kHz放大器都起到一个抗混淆滤波器的作用，从而将各个信号的白噪声带宽限制在5kHz。数字滤波器进一步将这种带宽降至2.5kHz，从而实现某个信白噪比。

由于图2所示两个模拟信号通路共用一个5kHz放大器，因此传感元件1的有效采样频率再一次为5kHz(假设对两个传感元件输出进行依次采样)。在这种情况下，2.5kHz到5kHz的所有模拟域噪声均进入0kHz到2.5kHz范围(有用频带)。但是，该频率范围内的均方根(RMS)噪声不受影响!换句话说，该电路的SNR与图1所示电路一样。

仿真模型

图3显示了一个MATLAB®/Simulink®模型，其用于分析信号通路构架对多余宽带白噪声的影响。该模型同

时包括使用独立信号通路和公共信号通路的电路。注意，采样缩减2模块(downsample-by-2 block)用于表示公共信号通路依次采样的效果。假设模拟放大器增益为10，并且为是一个四阶椭圆低通滤波器。MATLAB/Simulink的FDA工具用于设计图3所示数字滤波器，其同样为四阶椭圆低通滤波器。1

表1总结了放大器带宽为5kHz到2.5kHz时1.25kHz数字滤波器的RMS噪声。MATLAB“std”函数用于计算RMS噪声。

表1 独立和公共信号通路的RMS噪声

使用5kHz放大器带宽时，ADC输出RMS值及其采样缩减2值分别列举在“std(x_ind)”和“std(x_com)”两栏内，其大概相等。也就是说，采样缩减不影响RMS值。因此，如果采样缩减值在没有进一步数字滤波的情况下直接使用，公共信号通路的信白噪比与独立信号通路相同。

放大器带宽为2.5kHz时，数字滤波器输出的RMS值列举在“std(y_ind)”和“std(y_com)”栏内。由这些数据，我们可以清楚地知道，1.25kHz数字滤波器的效果取决于模拟抗混淆滤波器的频率。如果抗混淆滤波器的带宽为2.5kHz(相当于公共信号通路采样频率的一半)，则公共通路数字滤波器输出的噪声与独立信号通路中数字滤波器输出的噪声不相上下。但是，如果抗混淆滤波器的带宽为5kHz，则数字滤波器输出的RMS值非常不同，从而产生不同的信白噪比。