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工程测试技术 工程测试技术第四章? 信号处理 本章学习要求： 了解模拟信号放大电路原理； 了解信号调制、解调原理； 了解信号滤波器工作原理； 了解信号模数转换和数模转换原理； 掌握信号采样定理，能正确选择采样频率； 了解数字信号处理中信号截断、能量泄露、栅栏效应等现象； 掌握常用的数字信号处理方法。 本章目录 4.1 概述（2学时） 4.2 信号放大 4.3 调制与解调 4.4 信号的滤波（4学时） 4.5 数字信号处理概述 4.6 模数(A/D)和数模(D/A)转换 4.7 数字信号处理中的基本理论（2学时） 4.8 数字滤波、数据压缩 4.9 信号的输出 4.4 信号的滤波 4.4.1 概述 4.4.2 滤波器的一般特性 4.4.3 滤波器类型介绍 4.4.4 滤波器综合运用 4.4.1 概述 滤波：选取信号中感兴趣的成分，而抑制或衰减掉其它不需要的成分。 滤波器：能实施滤波功能的装置。 滤波方式的分类： 对输入量滤波（简称输入滤波）； 对输出量滤波（简称输出滤波）。 滤波器按供电方式的分类： 无源滤波 有源滤波 根据其选频的方式分类： 4.4.2 滤波器的一般特性 对于一个理想的线性系统来说，若要满足不失真测试的条件，该系统的频率响应函数应为： 若一个滤波器的频率响应函数H(f)具有如下形式： 则该滤波器称为理想低通滤波器。 1. 理想低通滤波器对单位脉冲的响应 将单位脉冲输入理想低通滤波器，则它的响应 若考虑t0≠0，亦即有时延时， 理想低通滤波器：脉冲响应函数其波形在整个时间轴上延伸，且其输出在输入到来之前，亦即t0时便已经出现。 理想低通滤波器，在物理上是不可实现的。 2. 理想低通滤波器对单位阶跃的响应 给理想低通滤波器输入一阶跃函数： 滤波器的响应为： 其中： 3. 实际滤波器的特征参数 3. 实际滤波器的特征参数（续） 倍频程选择性：上截止频率fc2与2fc2之间或下截止频率fc1与2fc1间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程的衰减量，以dB表示。 倍频程衰减量以dB/oct表示（Octave，倍频程）。衰减越快（即W值越大），滤波器的选择性越好。 滤波器因数（矩形系数）：滤波器幅频特性的-60dB带宽与-3dB带宽的比，即： 对理想滤波器有λ=1。 对普通使用的滤波器，λ一般为(1～5)。 4.4.3 滤波器类型介绍 1. 低通滤波器 1. 低通滤波器 一阶RC低通滤波器电路的微分方程为： b. 一阶有源低通滤波器 解决负载效应的最好办法是采用运放来构造有源滤波器。 2. 高通滤波器 根据右图有： 3. 带通滤波器 将一个低通和一个高通滤波器级联便可获得一个带通滤波器特性，其传递函数为： 上、下截止频率： 4. 带阻滤波器 无源带阻滤波器带采用桥式T型或双T网络，前一种可看作一个低通和一个高通滤波器的并联。 4.5 数字信号处理概述 MP3/Voice Recorder-Player 1、数字信号处理的主要研究内容 利用计算机或专用信号处理设备，以数值计算的方法对信号作采集、变换、综合、估值与识别等处理。内容包括数字波形分析、幅值分析、频谱分析、数字滤波和数据压缩等。 2. 数字信号处理的优势 用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构。 2. 数字信号处理的优势（续） 只要简单地增加二进制位数就可以大大提高信息量和数值表达的精度，因此数字系统的数值处理精度是其他非数字处理系统都无法达到的。 数字信号处理电路是以逻辑电路为基础的，电路结构简单、易于集成化。目前，数字电路的集成度远高于模拟电路，而制造成本却很低。 4.6 模数(A/D)和数模(D/A)转换 4.6.1 采样频率与采样定理 1. 采样过程 采样是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相乘，取离散点x(nt)的值的过程。首先假定信号的有用频率分量从直流至fa对这样的信号进行采样称为奈氏采样，或称为基带采样。当我们用离散的时间间隔对一个连续信号进行采样时，必须仔细地对采样间隔加以选择，以确保原始模拟信号的复现精度。很显然，采样频率fs越高。数据的复现精度也就越高。但是，采样频率低到什么程度会导致信号关键信息的损失呢?香农采样定理和奈氏准则回答了这个问题。 2. 香农采样定理和奈氏准则 香农(Shannon)采样定理：为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。 3. 混叠(aliasing)现象的时域效应 若采样率过低即采样间隔大，则系列的离散时间序列可能不能真正反映原始信号的波形特征，在频域处理时会出现频率混淆现象。 出现混叠现象的临界点2fa 4. 混叠现象的频域解释 5. A/D采样前的抗混叠滤波 4.6.2