信號(hào)在它的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)拿恳粋€(gè)環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變，甚至是在相當(dāng)多的情況下，這種畸變還很嚴(yán)重，以致于信號(hào)及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當(dāng)中了，所以濾波是信號(hào)處理中的一項(xiàng)基本而重要的技術(shù)。

　　濾波

　　濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。是根據(jù)觀察某一隨機(jī)過程的結(jié)果，對(duì)另一與之有關(guān)的隨機(jī)過程進(jìn)行估計(jì)的概率理論與方法。

　　濾波一詞起源于通信理論，它是從含有干擾的接收信號(hào)中提取有用信號(hào)的一種技術(shù)。“接收信號(hào)”相當(dāng)于被觀測(cè)的隨機(jī)過程，“有用信號(hào)”相當(dāng)于被估計(jì)的隨機(jī)過程。

　　這類問題在電子技術(shù)、航天科學(xué)、控制工程及其他科學(xué)技術(shù)部門中都是大量存在的。歷史上*早考慮的是維納濾波，后來R.E.卡爾曼和R.S.布西于20世紀(jì)60年代提出了卡爾曼濾波?，F(xiàn)對(duì)一般的非線性濾波問題的研究相當(dāng)活躍。

　　濾波技術(shù)的分類

　　信號(hào)分兩類：連續(xù)的模擬信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)。

　　所以，按所處理的信號(hào)來分類，濾波技術(shù)便分為兩類：模擬濾波技術(shù)和數(shù)字濾波技術(shù)。

　　數(shù)字濾波技術(shù)的核心是算法，但也并不是完全脫離硬件的。比如數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)就是常見的數(shù)字濾波設(shè)備，除了濾波，DSP還會(huì)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變換、檢測(cè)、譜分析、估計(jì)、壓縮、識(shí)別等一系列的加工處理。

　　1、模擬濾波技術(shù)

　　一般都是通過硬件電路實(shí)現(xiàn)的。舉個(gè)例子，比如——車身蓄電池提供的12V直流電源，它其實(shí)并不純潔。除了純凈的12V恒壓電源外，還摻雜著一些交流雜波。所以我們需要用電容、電感、電阻來組成硬件濾波電路，以頻率為標(biāo)識(shí)符來濾除這些雜波。硬件濾波的基本原理就是電容、電感的容抗和感抗與頻率有關(guān)。

　　模擬濾波技術(shù)（硬件濾波技術(shù)）分為兩類：無源濾波和有源濾波。

　　無源濾波電路僅由無源元件（電阻、電容、電感）組成。

　　有源濾波電路不僅由無源元件，還由有源元件（雙*型管、單*型管、集成運(yùn)放）組成。有源電路除了輸入信號(hào)外，還必須要有外加電源才可以正常工作，有源元件也叫主動(dòng)元件，要依靠電流方向才能體現(xiàn)其價(jià)值。有源濾波自身就是諧波源，會(huì)產(chǎn)生諧波干擾。

　　總的來說，平時(shí)我們用的比較多的還是無源濾波電路。

　　2、數(shù)字濾波技術(shù)

　　這里就只說軟件濾波了，不說DSP。

　　常見的數(shù)字濾波算法大概有十幾種，可以根據(jù)其作用來進(jìn)行簡(jiǎn)單分類：

　　克服大脈沖干擾的濾波算法有：1、限幅濾波法；2、中位值濾波法；3、基于拉依達(dá)準(zhǔn)則的奇異數(shù)據(jù)濾波法；4、基于中值數(shù)*偏差的決策濾波器。

　　克服小幅度高頻噪聲的濾波算法有：1、算術(shù)平均；2、滑動(dòng)濾波；3、加權(quán)滑動(dòng)平均。這三種算法都具有低通特性，所謂的低通是通低頻（濾高頻），故叫做低通。

　　正常的軟件濾波邏輯是，先剔除大的異常干擾，再過濾高頻低幅噪聲。一般高頻干擾是由電子元器件熱噪聲、AD量化噪聲引起的。

　　此外，還有一些高貴冷艷的濾波算法，比如維納濾波，卡爾曼濾波等。

　　實(shí)際上，數(shù)字濾波技術(shù)可以分為兩類：即經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。

　　經(jīng)典濾波技術(shù)的基礎(chǔ)是傅里葉變換，它建立在信號(hào)和噪聲頻率分離的基礎(chǔ)上，通過將噪聲所在頻率區(qū)域幅值衰減來達(dá)到提高信噪比，于是針對(duì)不同的頻率段就產(chǎn)生了低通，高通，帶通等濾波器之分。

　　現(xiàn)代濾波器則不是建立在頻率領(lǐng)域，而是通過隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)手段，通過對(duì)噪聲和信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性（如自相關(guān)函數(shù)，互相關(guān)函數(shù)，自功率譜，互功率譜等）做一定的假定，然后通過合適的數(shù)學(xué)方式，來提供信噪比。譬如KALMAN濾波器中，總會(huì)假定狀態(tài)噪聲和測(cè)量噪聲是不相關(guān)的。在weiner濾波器中還必須假定信號(hào)是平穩(wěn)的，等等。所以現(xiàn)代濾波技術(shù)沒有帶通、低通、高通之分。

　　說白了，現(xiàn)代濾波技術(shù)就是用數(shù)學(xué)（特別是統(tǒng)計(jì)學(xué)）的方法，對(duì)于采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用數(shù)學(xué)原理濾除差異較大的數(shù)據(jù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)的靈敏度和穩(wěn)定性。所以之前的那十幾種濾波技術(shù)以及卡爾曼濾波、維納濾波等，都可以歸類于現(xiàn)代濾波技術(shù)。

　　總的來說，一般有這種聯(lián)系：

　　頻率—硬件—經(jīng)典濾波；

　　統(tǒng)計(jì)—算法—現(xiàn)代濾波。

　　經(jīng)典濾波技術(shù)出現(xiàn)后，人們發(fā)現(xiàn)有些噪聲和信號(hào)的頻譜相互混疊，用經(jīng)典濾波器得不到滿意的濾波效果。這時(shí)候基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的現(xiàn)代濾波技術(shù)才誕生了。總之兩類濾波技術(shù)各有所用，具體問題具體分析。

　　濾波器

　　濾波器，顧名思義對(duì)于電路中傳播的電磁騷擾，采用濾波技術(shù)加以抑制。

　　濾波器的特性

　　濾波器的技術(shù)指標(biāo)包括插入損耗、頻率特性、阻抗特性、額定電壓、額定電流、外形尺寸、工作環(huán)境、可靠性等。

　　1．插入損耗（InsertionLosses）

　　插入損耗值越大對(duì)騷擾信號(hào)的抑制作用越強(qiáng)。

　　2．頻率特性

　　濾波器的插入損耗隨頻率的變化即為頻率特性。

　　頻率特性可用中心頻率、截止頻率、*低使用頻率和*高使用頻率等參數(shù)描述。

　　3．阻抗特性

　　濾波器的輸入阻抗、輸出阻抗直接影響其插入損耗特性。

　　在使用EMI濾波器時(shí)，應(yīng)保證在輸入、輸出*大限度失配的情況下，有合乎要求的*佳抑制效果。

　　4．額定電壓

　　濾波器工作時(shí)允許的*高電壓。

　　5．額定電流

　　濾波器工作時(shí)，不降低插入損耗性能的*大使用電流。

　　濾波器的種類

　　1、反射式濾波器

　　反射式濾波器又稱無損濾波器，其工作原理是在電磁信號(hào)傳輸路徑上形成很大的特性阻抗不連續(xù)，使大部分電磁能量反射回信號(hào)源處。

　　反射式濾波器采用電感L、電容C儲(chǔ)能元件組成的無源網(wǎng)絡(luò)。

　　有很好的頻率選擇特性，但容易產(chǎn)生諧振。

　　根據(jù)頻率特性分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器，低通濾波器是電磁兼容中*常用的濾波器。

　　低通濾波器的基本電路形式

　　在低通濾波器中：電容的作用是通過并聯(lián)一個(gè)低阻抗的通路，使騷擾電流分流，從而減小負(fù)載中的騷擾電流；電感的作用是通過串聯(lián)一個(gè)高阻抗，阻斷騷擾信號(hào)的流通，從而減小負(fù)載上的騷擾電壓。

　　當(dāng)濾波器的頻率特性不能滿足要求時(shí)，可以采取多個(gè)濾波器級(jí)聯(lián)的方法。

　　2、吸收式濾波器

　　吸收式濾波器又稱有損濾波器，它采用有損耗的濾波元件，使騷擾信號(hào)的能量消耗在濾波器中，以達(dá)到抑制干擾的目的。

　　吸收式濾波可避免反射式濾波因寄生參數(shù)效應(yīng)或阻抗不匹配引起的諧振，但其頻率選擇性較差。

　　吸收式濾波器采用鐵氧體材料或其他有損耗材料，將導(dǎo)線穿過或纏繞在各種形狀的鐵氧體材料上，利用其電感及磁場(chǎng)渦流損耗阻斷騷擾信號(hào)的傳播。

　　2.1鐵氧體磁心

　　用鐵氧體材料制成環(huán)狀磁心，與從中穿過的導(dǎo)線構(gòu)成有損電感，可起到濾除高頻電磁騷擾的作用。

　　鐵氧體磁芯的阻抗由感抗和等效損耗電阻兩部分組成。低頻時(shí)主要取決于感抗，高頻時(shí)鐵耗成為阻抗的主要成分。

　　鐵氧體磁心具有很好的高頻騷擾抑制能力，被制成各種形狀及大小，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品。

　　2.2抗干擾電纜

　　抗干擾電纜是將鐵氧體材料填充在同軸電纜的內(nèi)、外導(dǎo)體之間構(gòu)成的有損同軸電纜，它具有很好的高頻衰減特性，可以起到較好的濾波效果。

　　3、電磁干擾濾波器

　　用于抑制電磁騷擾在電路中傳播的濾波器統(tǒng)稱為電磁干擾濾波器（EMI濾波器），也有的稱為射頻干擾濾波器（RFI濾波器）。

　　EMI濾波器通常是由串聯(lián)電感和并聯(lián)電容組成的低通濾波器。

　　EMI濾波器不但要抑制經(jīng)兩根導(dǎo)線流通的騷擾信號(hào)（差模干擾），而且還要抑制經(jīng)任一根導(dǎo)線與地回路流通的騷擾信號(hào)（共模干擾）。

　　4、電源線濾波器

　　抑制設(shè)備的傳導(dǎo)發(fā)射或提高對(duì)電網(wǎng)中騷擾的抗擾度除了要考慮源阻抗和負(fù)載阻抗的匹配外，電源線濾波器的串聯(lián)電感和并聯(lián)電容選值受到一定限制。

　　串聯(lián)電感L值不能取得太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電源壓降，影響正常供電；接地的并聯(lián)電容值也不能取得太大，否則對(duì)地漏電流增加，可能會(huì)超出限值而影響人身安全或引起漏電保護(hù)。

　　為滿足上述要求，可使用共模扼流圈。

　　5、濾波連接器

　　90%的電磁兼容問題是由于電纜造成的。這是因?yàn)殡娎|是高效的電磁波接收天線和輻射天線。

　　電纜之所以會(huì)輻射電磁波，是因?yàn)殡娎|端口處有共模電壓存在，電纜在這個(gè)共模電壓的驅(qū)動(dòng)下，如同一根單*天線。

　　濾波連接器的優(yōu)點(diǎn)

　?。?）濾波連接器能夠?qū)㈦娎|中的干擾電流濾除，從而徹底消除電纜的輻射因素。

　?。?）濾波連接器抑制電纜輻射比屏蔽電纜更穩(wěn)地。

　?。?）使用濾波連接器后，可以降低對(duì)電纜端接的要求，避免使用價(jià)格昂貴的高質(zhì)量屏蔽電纜，從而降低成本。

　　元件非理想特性對(duì)濾波的影響

　　電纜線對(duì)高頻騷擾具有天線作用，通常是在電纜線端口處并聯(lián)電容濾波。

　　有時(shí)濾波效果并不好，源于濾波電路及元件并非是理想情況，存在各種寄生參數(shù)，影響了濾波效果。

　　1、元件的非理想特性

　　電容值或電感值越大，則諧振頻率越低，也就是電容的高頻濾波效果越差。

　　電容和電感的引線盡量短，應(yīng)小于波長的1/100。

　　為改善電容器實(shí)際特性的影響，常將一個(gè)高頻性能好的小電容與一個(gè)大電容并聯(lián)使用。

　　2．互感的影響

　　并聯(lián)電容濾波時(shí)，高頻濾波效果比設(shè)想的差，是因?yàn)椴⒙?lián)電容兩側(cè)的回路之間存在互感。

　　為減小互感，可縮短電容引線長度、改變電路走線、采用四引線電容、采用表面安裝電容等。

　　3．電容回路的電感

　　印制電路板上的電源平面和地平面之間、集成電路旁邊經(jīng)常接濾波電容器，以抑制器件驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)，電容器的電荷釋放受到電感的限制。

　　電感除了電容器的寄生電感外，還包括回路電感。

　　為減小回路電感，濾波電容應(yīng)盡量靠近集成電路，或使用電源平面和地平面間距較小的電路板。

　　4．穿心電容和饋通濾波器

　　對(duì)于電纜線的濾波，如果與屏蔽體相配合，可采用穿心電容和饋通濾波器。

　　穿心電容通常安裝在設(shè)備的導(dǎo)電外殼上，電容殼外與接地的設(shè)備殼360°連接，電容兩側(cè)回路的互感幾乎為零，濾波效果大大提高。

　　饋通濾波器是以穿心電容為基礎(chǔ)，結(jié)合電感構(gòu)成的濾波電路。

　　傳感器檢測(cè)中的濾波技術(shù)

　　濾波器是抑制交流串模干擾的有效手段之一。傳感器檢測(cè)電路中常見的濾波電路有Rc濾波器、交流電源濾波器和真流電源濾波器。

　　RC濾波器

　　當(dāng)信號(hào)源為熱電偶、應(yīng)變片等信號(hào)變化緩慢的傳感器時(shí)，利用小體積、低成本的無源Rc濾波器將會(huì)對(duì)串模干擾有較好的抑制效果。但應(yīng)該一提的是，Rc濾波器是以犧牲系統(tǒng)響應(yīng)速度為代價(jià)來減少串模干擾的。

　　交流電源濾波器

　　電源網(wǎng)絡(luò)吸收了各種高、低頻噪聲，對(duì)此常用Lc濾波器來抑制混入電源的噪聲。

　　直流電源濾波器

　　直流電源往往為幾個(gè)電路所共用，為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路問相互干擾，應(yīng)該在每個(gè)電路的直流電源上加上Rc或Lc退耦濾波器，用來濾除低頻噪聲。

　　濾波技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，例如，在軍事上被大量應(yīng)用于導(dǎo)航、制導(dǎo)、電子對(duì)抗、戰(zhàn)場(chǎng)偵察；在電力系統(tǒng)中被應(yīng)用于能源分布規(guī)劃和自動(dòng)檢測(cè)；在環(huán)境保護(hù)中被應(yīng)用于對(duì)空氣污染和噪聲干擾的自動(dòng)監(jiān)測(cè)等等，在電子工程技術(shù)中無處不在。