[其他]同频滤波器

说明书

本发明属频率选择类带通滤波器。单级同频滤波器中心频率即为开关频率，激励开关方波占空系数０．５，相位按π／２↑［Ｎ＋１］递增，开关数２^Ｎ＋２。如图示。总噪声带宽１／４ＢＣ·π／９６比同步积分器小０．２倍。输出失真谐波为（２^Ｎ＋２·Ｋ±１）次，相对幅度１／２^Ｎ＋２·Ｋ±１。只有奇次谐波通带，Ｌ次谐波通带相对幅度１／Ｌ²，ｎ极极联后为１／Ｌ^２ｎ。可直接插入模拟电路。Ｑ值可高于机械滤波器。控制更简便灵活，对微弱信号检测，声频、低频频谱仪，活路滤波及作为三角波匹配滤波器，动态滤波器，跟踪带通滤波器等带来可观的改进。

目录

（一）总论

（二）同频滤波器的原理，结构及综合

（1）同频滤波器的原理、结构及一实施方案

（2）同频滤波器综合设计各类带通滤波器

（3）单元I实验

（三）应用例：在微弱信号检测仪方面的应用

（四）结语

（一）总论

本发明同频滤波器属基本电路滤波器类。

同频滤波器是在同步积分器基础上发展演变而来的。它具有在基波上与同步积分器、相关器相同的等效噪声带宽，而它的总噪声带宽比同步积分器及用方波激励的相关器的总噪声带还要小0.2倍（1）。

本发明同频滤波器与同步积分器、相关器本质不同的是：同频滤波器是属于在频域内具有通过“窗”的频率选择滤波器，而同步积分器、相关器则只能作为信息选择类的“匹配滤波器”作介调用。因此同频滤波器可以进行各类带通滤波器的综合设计。

目前，所有带采样形式的滤波器如数字滤波器、SCE滤波器、CCD滤波器等均受取样定理支配。所处理的信号频率要低于尼奎斯特（NYquist）频率。带有运放的如SCF，由于采样频率要高出信号频率许多倍，因此运放上限频率限制了它们在高频方面的运用。（2）另外，为防止混叠现象势必前后带低通滤波器、一般数字滤波器还要有A/D、D/A转换器，而同频滤波器不受尼奎斯特频率限制，处理的信号频率与激励频率（钟频）相等（这就是同频滤波器名称的来源）。所以它可处理的频率比SCF等高几倍。同频滤波器一方面具有上述几种带采样形式的滤波器一样的灵活性，可控性，另一方面，它在性能上比目前所有带采样形式滤波器更接近模拟带通滤波器，带外抑制包括各奇次谐波处）本身就可做得很大，同时输出正弦波信号失真很小，因此可以直接插入模拟电路作为可控的带通滤波器代替不可控的模拟带通滤波器（如LC，机械滤波器、RC有源滤波器等）。

作为可控的窄带滤波器在1G以上有YIG滤波器，在声频、低频段性能良好的Q值超过1000的可控窄带滤波器仍是空白。目前，多采用可变电导、电纳RC有源滤波器及SCF。（3）均从RC有源滤波器演变而来的，而RC有源滤波器Q值在不考虑稳定性等其他性能条件时理论极限为1000，而同频滤波器Q值很容易超过1000，高则可超过10000（高于中心频率不可控的机械滤波器）。（4）

在Q值方面与本发明同频滤波器相当的有并联开关型N分路滤波器（5，6）（见图1）。但N分路滤波器有一个重大的缺点：如要求输出的正弦信号失真少（谐波次数高）。则分路数N越大越好，但N越大，谐波通带就越多，对输入的各谐波衰减越小，或者说总噪声带宽就越大，所以N分路滤波器本身在抑制不需要的高次谐波能力上与输出信号的失真度上这两方面是相矛盾的。本发明同频滤波器却正好在这两方面是一致的。即随2ⁿ⁺²（开关数）增大，总噪声带宽越小，输出信号失真越小，即失真谐波次数越高并且幅度越小。即使N分路滤波器取最小N＝3其总噪声带宽比同频滤波器还大多。

当同频滤波器级联后，随级联数的增加谐波通带幅度可减小到忽略的程度，性能上更接近模似带通滤波器。这使同频滤波器综合后性能更好。单级的同频滤波器在RC取得较大时，可作为三角波匹配滤波器。