抗混疊濾波器的簡介

抗混疊濾波器（anti-alias filter）是一個低通濾波器，用以在輸出電平中把混疊頻率分量降低到微不足道的程度。

動態信號測試分析系統中為什么要使用抗混濾波器呢？大家都知道“奈奎斯特采樣定律”， 在對模擬信號進行離散化時，采樣頻率f2至少應2倍于被分析的信號的最高頻率f1，即： f2≥2 f1；否則可能出現因采樣頻率不夠高，模擬信號中的高頻信號折疊到低頻段，出現虛假頻率成分的現象，稱之為：混疊。

工程測量中采樣頻率不可能無限高也不需要無限高，因為一般只關心一定頻率范圍內的信號成份。為解決頻率混疊，在對模擬信號進行離散化采集前，采用低通濾波器濾除高于1/2采樣頻率的頻率成份。實際儀器設計中，這個低通濾波器的截止頻率(fc) 為：

截止頻率（fc）= 采樣頻率（fs） / 2．56

在進行動態信號測試中測量儀器必須具有抗混濾波功能，例如：在大型橋梁、高樓、機械設備等動態振動測試及模態分析中，信號所包含的頻率成份理論上是無窮的。 例如：橋梁的模態理論上有無限多個，但我們只關心對振動貢獻最大的前幾階模態。如果不對振動的模擬信號進行低通抗混濾波，高階模態頻率很可能會混疊到低頻段，形成虛假的模態頻率，給模態參數識別帶來困難。

抗混疊濾波器的性能指標

抗混濾波器一般指低通濾波器，但濾波器有低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器、高通濾波器、高阻濾波器。濾波器的主要性能指標以低通濾波器為例，理想的低通濾波器為矩形，但實際中是不可能實現的。衡量低通濾波器性能的指標主要包括以下幾方面：

帶內波紋度：通帶的幅值精度指標，例如：帶內波紋度為±0.1dB時，對幅值精度的影響約為±1%（這正是為什么一般的數采器幅值精度可以做到千分之幾，一般的數采器用很高的采樣頻率進行采集，不加低通濾波器)。

阻帶下降斜率：濾波器在截至頻率開始下降，下降斜率越大越好。一般采用每個倍頻程的下降分貝數衡量，例如：滿足工程測量需要的阻帶下降斜率約為-80dB/oct。

濾波器落差：帶通到帶阻差值的分貝數dB。

值得一提的是：隨著DSP信號處理芯片的出現，現代測試儀器中已采用模擬濾波加數字濾波，使濾波器性能指標突飛猛進。例如:帶內波紋度可達±0.05dB,阻帶下降斜率可達到約-200dB/oct，大大好于純模擬濾波器。

抗混疊濾波器

在動態信號的數據采集過程中，為了防止高于采祥頻率一半的信號產生混疊而造成的誤差，抗混疊濾波器是不可少的一般情況下，抗混疊濾波器是低通濾波器，對抗混疊濾波器，其實現難點在于：

①過渡帶必須很陡；

②截止頻率隨采樣頻率的改變而改變；

③對雙(多)通道采集,往往要求兩。

低通濾波環節

低通濾波環節用于濾除信號中的高頻分量。信號采集過程中不可避免地會有高頻干擾信號混雜在有用信號當中。為了使這些信號的頻率滿足奈奎斯特采樣定理所規定的范圍，除去采集的一些不確定信號對有用信號造成的干擾，并最大程度地抑制或消除混疊現象對數據采集的影響，就需要先利用這個低通濾波器對無用信號進行衰減和濾除。抗混疊濾波器除了對無用信號的衰減和濾除，還可以為ADC轉換產生的瞬態能量提供緩沖。

抗混疊濾波器可以采用無源的低通濾波器，最簡單的是一階RC低通濾波器。或者采用運算放大器加RC網絡組成有源濾波器。如果選用二階低通濾波器，可以使用運算放大器加RC網絡組成有源濾波器。如果選用高階低通濾波器。可以選用低通濾波器集成電路。無源濾波器設計簡單，易于掌握，但這種濾波器的實測濾波特性與理論上的預定特性差別較大，在通帶內又不能取得良好的阻抗匹配,很難滿足對濾波特性精度高的要求：有源濾波器是以網絡綜合理論為基礎的分析方法，它先找出與理想濾波特性相近似的網絡函數，然后根據綜合方法實現該網絡函數，由這種方法設計出來的濾波器實測的濾波特性與理論預定特性十分接近，適合高精度濾波器的設計要求。但是若選用有源濾波器,需要考慮很多問題。比如設計濾波器時要考慮元件參數是否會對前后電路造成影響。設計低通環節要注意濾波器的主要特性指標，如特性頻率、帶寬、增益與衰減、阻尼系數與品質因數等。