米乐官方版m6(中国)官方网站IOS/安卓通用版/手机APP:电路噪声干扰测试中数字滤波功能的应用

噪声在硬件电路中无处不在,会对电路性能以及波形的测量造成不同程度的影响。对信号分析而言,噪声信号影响甚至淹没了实际信号,导致在示波器上无法准确观察和测量,因此,去伪存真,剔除掉噪声信号,准确地显示真实有用信号波形变得非常关键。

下图是我们在测量某个正弦小信号时,实际信号夹杂着很多噪声干扰,造成波形不能有效触发,无法准确观察和测量:

减少波形噪声

普通的数字示波器减少波形中的噪声的方式有很多,主要使用的有以下三种:

1、带宽限制:

大多数示波器都有限制示波器带宽的电路。限制带宽后,将使高于限制频率的信号从硬件上进行衰减,因此使用带宽限制是降低示波器的波形噪声的最简单的方法之一。但是需要注意的是,带宽限制一般只标配20MHz这一个选项,而很多噪声可能会低于20MHz。另外,由于模拟滤波器是由元器件组成,在通带平坦度、阻带衰减和过渡带的幅频特性都会比较差。

对于本文的正弦小信号,打开带宽限制,滤波效果并没有很大的改善,因为很多噪声是低于20MHz。

2、平均捕获模式:

这种方法是改变示波器的采样模式,在该模式下,示波器对多次采样的波形进行平均处理,处理后再进行显示,这样可以减少输入信号上的随机噪声并提高垂直分辨率。平均次数的值可以设置,平均次数越高,噪声越小,但波形显示对波形变化的响应也越慢。需要注意的是,平均捕获功能,针对的是周期性重复和能正常触发的信号,它是对所有通道的捕获模式进行修改。因此,对于非周期性、不能稳定触发的信号,不适合使用平均模式。

对于本文的正弦小信号,选择平均模式,平均次数设为512次,滤波效果不明显.

3、高分辨率捕获模式:

这种方法也是改变示波器的采样模式,示波器使用最高的采样率进行采样,对采样到的一帧数据,将多个采样点平均处理成一个采样点,相当于一种简单的低通滤波,从而达到减少噪声的效果。

对于本文的正弦小信号,选择高分辨率模式,滤波效果同样不明显,如下图所示:

为什么需要数字滤波

从以上三种的描述中,我们可以发现,这三种都可以达到一种简单地减少噪声的效果,但是,效果不是很明确,不能很精确地对某些范围的噪声进行处理,而且设置比较单一,很难有效地减少噪声。

相比硬件的滤波器,数字滤波器在性能和成本方面都有很大的优势,通过较少的计算量,可以使通带内具有很好的平坦度、阻带内有足够的衰减和足够小的阻带纹波,以及陡降的过渡带。如下图所示,是ZDS2024数字滤波器在设置归一化截止频率为0.08的低通巴特沃斯滤波器的幅频响应曲线:

对于本文的正弦小信号,使用数字滤波功能,将会使噪声大大减少。我们通过FFT得知,纹波的基波频率为350Hz,存在各种各样的高频谐波和噪声干扰,因此我们选择低通滤波功能,将截止频率设为1KHz,以保证有效的信号频率不被衰减,同时,可以移动滤波的波形显示位置,将滤波后的波形与原始波形进行对比,另外也可以设置是否显示原始通道波形,效果如下图所示:

对于数字滤波后的波形,可以使用自动测量功能,对滤波后的波形的电压、时间、计数等测量项进行测量。

因此,ZDS2024新增的数字滤波功能,用户设置方式灵活多样,滤波效果实用高效,在电源信号分析和噪声过滤分析中有很大的用途。