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基于虚拟仪器的带通滤波器的实现孙世政摘要：随着电子测试技术的不断发展，测试技术正向自动化、智能化、数字化和网络化的方向发展。其中模拟滤波器作为测试技术的重要工具而被广泛使用于各个领域。本课题是以LabVIEW软件设计为工程背景，主要对采集的波形数据进行相关处理，实现相应的参数测量。本设计利用虚拟仪器的开发平台——LabVIEW开发的软件系统，主要包括三个模块：信号的产生，信号的处理和显示。信号的处理模块主要实现的通过切比雪夫滤波器和巴特沃斯滤波器，滤波器参数的不同设置能够得到不同的信号。关键字：LabVIEW Chebyshev Butterworth 带通滤波1、引言人类正在进入信息时代，信号处理与滤波器设计是信息科学技术领域中一个不可或缺的重要内容。然而半个世纪以来，滤波器的设计的基本理论一直没有改变，现有的技术都只支持一种滤波器实现方法，像无源LRC滤波器、有源RC滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器，从指标要求到实际设计的第一步，都是基于O.J.Zoble，R.M.Foster等许多前人的基础工作。由此而产生的设计理论导致了滤波器设计的初始设计的方程化，把给定的指标转化为S域或Z域的传递函数，或转化为 LC滤波器结构，进行到这一步时，设计者可以选择滤波器类型，如切比雪夫滤波器，巴特沃思滤波器，椭圆滤波器或其他类型。选择什么类型有以下因素决定：滤波器阶数决定、群延迟、带内波纹、带边选择性，易于调试性及其它一些相关要求。虚拟仪器技术是基于计算机的仪器及测量技术，与传统仪器技术不同，虚拟仪器技术指在包含数据采集设备的通用计算机平台上，根据需要可以高效率地构建起形形色色的测量系统。对大多数用户而言，主要的工作变成了软件设计。虚拟仪器技术突破了传统仪器的局限，可以将许多信号处理的方法方便的应用于测量中，并且为自动测量和网络化测量创造条件。它是一种测试仪器和系统的概念及相关软件，另外结合测试技术和仪器的专业知识介绍在LabVIEW实现虚仪滤波器虑测试信号。2、系统的设计原理虚拟滤波器去除噪声在信号传输过程中，经常会混入噪声， 噪声的能量甚至会超过信号能量。因此接收端收到信号后, 通常首先要进行滤波处理, 然后才能对信号做进一步处理。系统的原理图如下图1所示。信号发生器（正弦波）信号发生器（正弦波）噪声信号模拟实际信号模拟滤波器波形显示图1 系统原理框图滤波器是对输入信号的频率具有选择的的一个二端口网络，它允许某些频率次（通常是某个频率范围）的信号通过，而其他频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也可以由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。2.1实际滤波器的基本参数描述实际滤波器的性能，主要参数有纹波幅度、截止频率、带宽、品质因素以及倍频程选择性等。图2 理想带通与实际带通滤波器的幅频特性①纹波幅度d ?在一定的频率范围内，实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化，其波动幅度d与幅频特性的平均值A0相比，越小越好，一般应远小于3dB，即d。②截止频率fc ?幅频特性值等于所对应的频率称为滤波器的截止频率。以A0为参考值，对应于-3dB点，即相对于A0衰减-3dB。若以信号的幅值平方表示信号功率，则所对应点正好是半功率点。③带宽B与品质因素Q值? 上、下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽，或-3dB带宽，单位Hz，带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨力。把中心频率f0和带宽B之比称为滤波器的品质因素Q，Q值越大，表明滤波器分辨力越高。④倍频程选择性W ?在两截止频率外侧，实际滤波器有一个过渡带，这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢。它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力，通常用倍频程选择性来表征。所谓倍频程选择性是指在上截止频率fc2与2 fc2之间，或者在下截止频率fc1与2 fc1之间幅频特性的衰减，即频率变化一个倍频程时的衰减量。以dB表示。显然，衰减越快，滤波器选择性越好。对于远离截止频率的衰减率也可用10倍频程衰减数表示之。⑤滤波器因素（或矩形系数）?λ?滤波器选择性的另一种表示方法，是用滤波器幅频特性的-60dB带宽与-3dB带宽的比值λ来表示。理想滤波器λ=1，通常使用的滤波器λ=(1--5)。有些滤波器因器件影响（如电容漏阻等），阻带衰减倍数达不到-60dB，则以标明的衰减倍数（如-40dB或-30dB）带宽与-3dB带宽之比来表示其选择性。3、软件设计3.1信号产生自选信号是信号发生器发出的信号加上噪声信号来实现的。在信号发生器部分应用Basic Function Generator.vi 产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等标准信号，本设计中采用的是正弦波，噪声部分使用了UniformWhiteNoise Waveform.vi 生