轉載路徑

     濾波器介紹

　　濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件。“波”是一個非常廣泛的物理概念，在電子技術領域，“波”被狹義地侷限於特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類感測器的作用，被轉換為電壓或電流的時間函式，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為訊號。因為自變數時間‘是連續取值的，所以稱之為連續時間訊號，又習慣地稱之為模擬訊號(Analog Signal)。隨著數字式電子計算機(一般簡稱計算機)技術的產生和飛速發展，為了便於計算機對訊號進行處理，產生了在抽樣定理指導下將連續時間訊號變換成離散時間訊號的完整的理論和方法。也就是說，可以只用原模擬訊號在一系列離散時間座標點上的樣本值表達原始訊號而不丟失任何資訊，波、波形、訊號這些概念既然表達的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現代社會賴以生存的各種資訊的載體。資訊需要傳播，靠的就是波形訊號的傳遞。訊號在它的產生、轉換、傳輸的每一個環節都可能由於環境和干擾的存在而畸變，甚至是在相當多的情況下，這種畸變還很嚴重，以致於訊號及其所攜帶的資訊被深深地埋在噪聲當中了。

　　主要作用

　　濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件。“波”是一個非常廣 泛的物理概念，在電子技術領域，“波”被狹義地侷限於特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類感測器的作用，被轉換為電壓或電流的時間函式，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為訊號。因為自變數時間‘是連續取值的，所以稱之為連續時間訊號，又習慣地稱之為模擬訊號(Analog Signal)。隨著數字式電子計算機(一般簡稱計算機)技術的產生和飛速發展，為了便於計算機對訊號進行處理，產生了在抽樣定理指導下將連續時間訊號變換成離散時間訊號的完整的理論和方法。也就是說，可以只用原模擬訊號在一系列離散時間座標點上的樣本值表達原始訊號而不丟失任何資訊，波、波形、訊號這些概念既然表達的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現代社會賴以生存的各種資訊的載體。資訊需要傳播，靠的就是波形訊號的傳遞。訊號在它的產生、轉換、傳輸的每一個環節都可能由於環境和干擾的存在而畸變，甚至是在相當多的情況下，這種畸變還很嚴重，以致於訊號及其所攜帶的資訊被深深地埋在噪聲當中了

　　主要分類

　　按所處理的訊號分為模擬濾波器和數字濾波器兩種。

　　按所通過訊號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。

　　低通濾波器：它允許訊號中的低頻或直流分量通過，抑制高頻分量或干擾和噪聲;

　　高通濾波器：它允許訊號中的高頻分量通過，抑制低頻或直流分量;

　　帶通濾波器：它允許一定頻段的訊號通過，抑制低於或高於該頻段的訊號、干擾和噪聲;

　　帶阻濾波器：它抑制一定頻段內的訊號，允許該頻段以外的訊號通過。

　　按所採用的元器件分為無源和有源濾波器兩種。

　　無源濾波器：僅由無源元件組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變化的原理構成的。這類濾波器的優點是：電路比較簡單，不需要直流電源供電，可靠性高;缺點是：通帶內的訊號有能量損耗，負載效應比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應，當電感L較大時濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。

　　有源濾波器：由無源元件和有源器件組成。這類濾波器的優點是：通帶內的訊號不僅沒有能量損耗，而且還可以放大，負載效應不明顯，多級相聯時相互影響很小，利用級聯的簡單方法很容易構成高階濾波器，並且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁遮蔽;缺點是：通帶範圍受有源器件的頻寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場合不適用。

　　根據濾波器的安放位置不同，一般分為板上濾波器和麵板濾波器。

　　板上濾波器安裝線上路板上，如PLB、JLB系列濾波器。這種濾波器的優點是經濟，缺點是高頻濾波效果欠佳。其主要原因是：

　　1、濾波器的輸入與輸出之間沒有隔離，容易發生耦合;

　　2、濾波器的接地阻抗不是很低，削弱了高頻旁路效果;

　　3、濾波器與機箱之間的一段連線會產生兩種不良作用： 一個是機箱內部空間的電磁干擾會直接感應到這段線上，沿著電纜傳出機箱，藉助電纜輻射，使濾波器失效;另一個是外界干擾在被板上濾波器濾波之前，藉助這段線產生輻射，或直接與線路板上的電路發生耦合，造成敏感度問題;

　　濾波陣列板、濾波聯結器等面板濾波器一般都直接安裝在遮蔽機箱的金屬面板上。由於直接安裝在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間完全隔離，接地良好，電纜上的干擾在機箱埠上被濾除，因此濾波效果相當理想

　　常見種類

　　數字濾波器

　　與模擬濾波器相對應，在離散系統中廣泛應用數字濾波器。它的作用是利用離散時間系統的特性對輸入訊號波形或頻率進行加工處理。或者說，把輸入訊號變成一定的輸出訊號，從而達到改變訊號頻譜的目的。數字濾波器一般可以用兩種方法來實現：一種方法是用數字硬體裝配成一臺專門的裝置，這種裝置稱為數字訊號處理機;另一種方法就是直接利用通用計算機，將所需要的運算編成程式讓通用計算機來完成，即利用計算機軟體來實現。

　　低通濾波器

　　低通濾波器是指車載功放中能夠讓低頻訊號通過而不讓中、高頻訊號通過的電路，其作用是濾去音訊訊號中的中音和高音成分，增強低音成分以驅動揚聲器的低音單元。由於車載功放大部分都是全頻段功放，通常採用AB類放大設計，功率損耗比較大，所以濾除低頻段的訊號，只推動中高頻揚聲器是節省功率、保證音質的最佳選擇。此外高通濾波器常常和低通濾波器成對出現，不論哪一種，都是為了把一定的聲音訊率送到應該去的單元。

　　低通濾波器是容許低於截止頻率的訊號通過，但高於截止頻率的訊號不能通過的電子濾波裝置。

　　對於不同濾波器而言，每個頻率的訊號的減弱程度不同。當使用在音訊應用時，它有時被稱為高頻剪下濾波器, 或高音消除濾波器。

　　低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路(如音訊裝置中使用的hiss濾波器、平滑資料的數字演算法、音障(acoustic barriers)、影象模糊處理等等，這兩個工具都通過剔除短期波動、保留長期發展趨勢提供了訊號的平滑形式。

　　低通濾波器在訊號處理中的作用等同於其它領域如金融領域中移動平均數所起的作用;

　　低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器。

　　帶通濾波器

　　1、帶通濾波器的工作原理：

　　一個理想的濾波器應該有一個完全平坦的通帶，例如在通帶內沒有增益或者衰減，並且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉，另外，通帶外的轉換在極小的頻率範圍完成。實際上，並不存在理想的帶通濾波器。濾波器並不能夠將期望頻率範圍外的所有頻率完全衰減掉，尤其是在所要的通帶外還有一個被衰減但是沒有被隔離的範圍。這通常稱為濾波器的滾降現象，並且使用每十倍頻的衰減幅度dB來表示。通常，濾波器的設計儘量保證滾降範圍越窄越好，這樣濾波器的效能就與設計更加接近。然而，隨著滾降範圍越來越小，通帶就變得不再平坦—開始出現“波紋”。這種現象在通帶的邊緣處尤其明顯，這種效應稱為吉布斯現象。

　　除了電子學和訊號處理領域之外，帶通濾波器應用的一個例子是在大氣科學領域，很常見的例子是使用帶通濾波器過濾3到10天時間範圍內的天氣資料，這樣在資料域中就只保留了作為擾動的氣旋。

　　在頻帶較低的剪下頻率f1和較高的剪下頻率f2之間是共振頻率，這裡濾波器的增益最大，濾波器的頻寬就是f2和f1之間的差值。

　　2、帶通濾波器的應用區域：

　　許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器，以選出各個不同頻段的訊號，在顯示上利用發光二極體點亮的多少來指示出訊號幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率 ，在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1，品質因數 ，3dB頻寬B=1/(п*R3*C)也可根據設計確定的Q、fo、Ao值，去求出帶通濾波器的各元件引數值。R1=Q/(2пfoAoC)，R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC)，R3=2Q/(2пfoC)。上式中，當fo=1KHz時，C取0.01Uf。此電路亦可用於一般的選頻放大。 有源帶通濾波器電路，此電路亦可使用單電源

　　模擬濾波器

　　模擬濾波器在測試系統或專用儀器儀表中是一種常用的變換裝置。例如：帶通濾波器用作頻譜分析儀中的選頻裝置;低通濾波器用作數字訊號分析系統中的抗頻混濾波;高通濾波器被用於聲發射檢測儀中剔除低頻干擾噪聲;帶阻濾波器用作電渦流測振儀中的陷波器，等等。

　　用於頻譜分析裝置中的帶通濾波器，可根據中心頻率與頻寬之問的數值關係，分為兩種：

　　一種是頻寬B不隨中心頻率人而變化，稱為恆頻寬帶通濾波器，其中心頻率處在任何頻段上時，頻寬都相同;

　　另一種是頻寬B與中心頻率人的比值是不變的，稱為恆頻寬比帶通濾波器，其中心頻率越高，頻寬也越寬。

　　聲表面波濾波器

　　聲表面波是指聲波在彈性體表面的傳播，這個波被稱為彈性聲表面波。聲表面波的傳播速度比電磁波的速度約小10萬倍。聲表面波濾波器是採用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料，利用其壓電效應和聲表面波傳播的物理特性而製成的一種濾波專用器件，廣泛應用於電視機及錄影機中頻電路中，以取代LC中頻濾波器，使影象、聲音的質量大大提高。

　　SAW 聲表濾波器、聲表諧振器，是在壓電基片材料表面產生並傳播、且其振幅隨深入基片本材料的深度增加而迅速減少的的彈性波。聲表面波(SAW)是傳播於壓電晶體表面的機械波，其聲速僅為電磁波速的十萬分之一，傳播衰耗很小。

　　SAW 聲表器件是在壓電基片上採用微電子工藝技術製作叉指形電聲換能器和反射器耦合器等，利用基片材料的壓電效應，通過輸入叉指換能器(IDT)將電訊號轉換成聲訊號，並侷限在基片表面傳播，輸出IDT將聲訊號恢復成電訊號，實現電-聲-電的變換過程，完成電訊號處理過程，獲得各種用途的電子器件。採用了先進微電子加工技術製造的聲表面波器件，具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設計靈活等優點。

　　介質濾波器

　　介質濾波器利用介質陶瓷材料的低損耗、高介電常數、頻率溫度係數和熱膨脹係數小、可承受高功率等特點設計製作的，由數個長型諧振器縱向多級串聯或並聯的梯形線路構成。其特點是插入損耗小、耐功率性好、頻寬窄，特別適合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，便攜電話、汽車電話、無線耳機、無線麥克風、無線電臺、無繩電話以及一體化收發雙工器等的級向耦合濾波。

　　有源電力濾波器

　　有源電力濾波器是一種動態抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，它能對頻率和大小都變化的諧波和無功進行補償，可以彌補無源濾波器的缺點，獲得比無源濾波器更好的補償特性，是一種理想的補償諧波裝置。早在70年代，有源電力濾波器的基本原理和主電路拓撲結構就已被確定，但由於受當時的技術條件限制，未能使有源電力濾波器得以實施。進入80年代後，新型電力電子器件的出現、PWM控制技術的發展以及瞬時無功功率理論的提出，極大地促進了有源電力濾波器技術的發展。國外已開始在工業和民用裝置上廣泛使用有源電力濾波器，並且單機裝置的容量逐步提高，其應用領域從補償使用者自身的諧波向改善整個電力系統供電質量的方向發展。

　　特性指標

　　1、特徵頻率：

　　1)通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點訊號增益下降到一個人為規定的下限;

　　2)阻帶截頻fr=wr/(2p)為阻帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點訊號衰耗下降到一人為規定的下限;

　　3)轉折頻率fc=wc/(2p)為訊號功率衰減到1/2(約3dB)時的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻;

　　4)固有頻率f0=w0/(2p)為電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，複雜電路往往有多個固有頻率。

　　2、增益與衰耗

　　濾波器在通帶內的增益並非常數。

　　1)對低通濾波器通帶增益Kp一般指w=0時的增益;高通指w→∞時的增益;帶通則指中心頻率處的增益;

　　2)對帶阻濾波器，應給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數;

　　3)通帶增益變化量△Kp指通帶內各點增益的最大變化量，如果△Kp以dB為單位，則指增益dB值的變化量。

　　3、阻尼係數與品質因數

　　阻尼係數是表徵濾波器對角頻率為w0訊號的作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項指標。

　　阻尼係數的倒數稱為品質因數，是*價帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標，Q= w0/△w。式中的△w為帶通或帶阻濾波器的3dB頻寬，w0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。

　　4、靈敏度

　　濾波電路由許多元件構成，每個元件引數值的變化都會影響濾波器的效能。濾波器某一效能指標y對某一元件引數x變化的靈敏度記作Sxy，定義為：Sxy=(dy/y)/(dx/x)。

　　該靈敏度與測量儀器或電路系統靈敏度不是一個概念，該靈敏度越小，標誌著電路容錯能力越強，穩定性也越高。

　　5、群時延函式

　　當濾波器幅頻特性滿足設計要求時，為保證輸出訊號失真度不超過允許範圍，對其相頻特性∮(w)也應提出一定要求。在濾波器設計中，常用群時延函式d∮(w)/dw*價訊號經濾波後相位失真程度。群時延函式d∮(w)/dw越接近常數。

　　主要引數

　　濾波器的主要引數(Definitions)：

　　中心頻率(Center Frequency)：濾波器通帶的頻率f0，一般取f0=(f1+f2)/2，f1、f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對下降1dB或3dB邊頻點。窄帶濾波器常以插損最小點為中心頻率計算通帶頻寬。

　　截止頻率(Cutoff Frequency)：指低通濾波器的通帶右邊頻點及高通濾波器的通帶左邊頻點。通常以1dB或3dB相對損耗點來標準定義。相對損耗的參考基準為：低通以DC處插損為基準，高通則以未出現寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準。

　　通帶頻寬(BWxdB)：指需要通過的頻譜寬度，BWxdB=(f2-f1)。f1、f2為以中心頻率f0處插入損耗為基準，下降X(dB)處對應的左、右邊頻點。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表徵濾波器通帶頻寬引數。分數頻寬(fractional bandwidth)=BW3dB/f0×100[%]，也常用來表徵濾波器通帶頻寬。

　　插入損耗(Insertion Loss)：由於濾波器的引入對電路中原有訊號帶來的衰耗，以中心或截止頻率處損耗表徵，如要求全帶內插損需強調。紋波(Ripple)：指1dB或3dB頻寬(截止頻率)範圍內，插損隨頻率在損耗均值曲線基礎上波動的峰-峰值。

　　帶內波動(Passband Riplpe)：通帶內插入損耗隨頻率的變化量。1dB頻寬內的帶內波動是1dB。

　　帶內駐波比(VSWR)：衡量濾波器通帶內訊號是否良好匹配傳輸的一項重要指標。理想匹配VSWR=1：1，失配時VSWR>1。對於一個實際的濾波器而言，滿足VSWR<1.5：1的頻寬一般小於BW3dB，其佔BW3dB的比例與濾波器階數和插損相關。

　　回波損耗(Return Loss)：埠訊號輸入功率與反射功率之比的分貝(dB)數，也等於|20Log10ρ|，ρ為電壓反射係數。輸入功率被埠全部吸收時回波損耗為無窮大。

　　阻帶抑制度：衡量濾波器選擇效能好壞的重要指標。該指標越高說明對帶外干擾訊號抑制的越好。通常有兩種提法：一種為要求對某一給定帶外頻率fs抑制多少dB，計算方法為fs處衰減量As-IL;另一種為提出表徵濾波器幅頻響應與理想矩形接近程度的指標——矩形係數(KxdB>1)，KxdB=BWxdB/BW3dB，(X可為40dB、30dB、20dB等)。濾波器階數越多矩形度越高——即K越接近理想值1，製作難度當然也就越大。

　　延遲(Td)：指訊號通過濾波器所需要的時間，數值上為傳輸相位函式對角頻率的導數，即Td=df/dv。

　　帶內相位線性度：該指標表徵濾波器對通帶內傳輸訊號引入的相位失真大小。按線性相位響應函式設計的濾波器具有良好的相位線性度。

　　選取方式

　　幾種低通原型濾波器是現代網路綜合法設計濾波器的基礎，各種低通、高通、帶通、帶阻濾波器大都是根據此特性推匯出來的。正因如此，才使得濾波器的設計得以簡化，精度得以提高。

　　理想的低通濾波器應該能使所有低於截止頻率的訊號無損通過，而所有高於截止頻率的訊號都應該被無限的衰減，從而在幅頻特性曲線上呈現矩形，故而也稱為矩形濾波器(brick-wallfilter)。遺憾的是，如此理想的特性是無法實現的，所有的設計只不過是力圖逼近矩形濾波器的特性而已。根據所選的逼近函式的不同，可以得到不同的響應。雖然逼近函式多種多樣，但是考慮到實際電路的使用需求，通常會選用“巴特沃斯響應”或“切比雪夫響應”。

　　“巴特沃斯響應”帶通濾波器具有平坦的響應特性，而“切比雪夫響應”帶通濾波器卻具有更陡的衰減特性。所以具體選用何種特性，需要根據電路或系統的具體要求而定。但是，“切比雪夫響應”濾波器對於元件的變化最不敏感，而且兼具良好的選擇性與很好的駐波特性(位於通帶的中部)，所以在一般的應用中，推薦使用“切比雪夫響應”濾波器。

　　使用注意

　　板上濾波器雖然對高頻的濾波效果不理想，但是如果應用得當，可以滿足大部分民用產品電磁相容的要求。在使用時要注意以下事項：

　　“乾淨地”：如果決定使用板上濾波器，在佈線時就要注意在電纜埠處留出一塊“乾淨地”，濾波器和聯結器都安裝在“乾淨地”上。通過前面的討論，可知訊號地線上的干擾是十分嚴重的。如果直接將電纜的濾波電容連線到這種地線上，會造成嚴重的共模輻射問題。為了取得較好的濾波效果，必須準備一塊乾淨地。並與訊號地只能在一點連線起來，這個流通點稱為“橋”，所有訊號線都從橋上通過，以減小訊號環路面積。

　　並排設定：同一組電纜內的所有導線的未濾波部分在—起，已濾波部分在一起。否則，一根導線的耒濾波部分會將另一根導線的已濾波部分重新汙染9使電纜整體濾波失效。

　　靠近電纜：濾波器與面板之間的導線的距離應儘量短。必要時，使用金屬板遮擋一下，隔離近場干擾。

　　與機箱接：安裝濾波器的幹諍地要與金屬機箱可靠地搭接起來，如果機箱不是金屬的，就線上路板下方設定一塊較大的金屬板來作為濾波地。乾淨地與金屬機箱之間的搭接要保證很低的射頻阻抗。如有必要，可以使用電磁密封襯墊搭接，增加搭接面積，減小射頻阻抗。

　　接地線短：考慮到引腳的電感效應，其重要性前面已討淪，濾波器的區域性佈線和設計線路板與機箱(金屬板)的連線結構時要特別注意

　　濾波器的應用領域分析

　　濾波是訊號處理中的一項基本而重要的技術。利用濾波技術可以從各種訊號中提取出所要的訊號，濾除不需要的干擾訊號。濾波器是訊號的頻域分析中的一個重要元器件。

　　濾波器種類繁多，各種濾波器具有不同的效能特點，因此在濾波器選擇時，通常需要綜合考慮客戶的實際使用環境以及客戶效能需求才能做出正確、有效、可靠的選擇。

　　濾波器分為模擬濾波器和數字濾波器，模擬濾波器用來處理模擬訊號或連續的訊號，數字濾波器用來處理離散的數字訊號。

　　模擬濾波器可廣泛應用於工業、商業和機關團體的配電網中，如：電力系統、電解電鍍企業、水處理裝置、石化企業、大型商場及辦公大樓、精密電子企業、機場/港口的供電系統、醫療機構等。

　　通訊行業

　　為了滿足大規模資料中心機房的執行需要，通訊配電系統中的UPS使用容量在大幅上升。據調查，通訊低壓配電系統主要的諧波源裝置為UPS、開關電源、變頻空調等。

　　其產生的諧波含量都較高，且這些諧波源裝置的位移功率因數極高。通過使用有源濾波器可以提高通訊系統及配電系統的穩定性，延長通訊裝置及電力裝置的使用壽命，並且使配電系統更符合諧波環境的設計規範。

　　半導體行業

　　大多數半導體行業的3次諧波非常嚴重，主要是由於企業中使用了大量的單相整流裝置。3次諧波屬於零序諧波，具備在中性線彙集的特點，導致中性線壓力過大，甚至出現打火現象，存在著極大的生產安全隱患。

　　諧波還會造成斷路器跳閘，耽誤生產時間。3次諧波在變壓器內形成環流，加速了變壓器的老化。嚴重的諧波汙染必然對配電系統中的裝置使用效率和壽命造成影響。

　　石化行業

　　由於生產的需要，石化行業中存在著大量泵類負載，並且不少泵類負載都配有變頻器。變頻器的大量應用使石化行業配電系統中的諧波含量大大增加。

　　目前絕大部分變頻器整流環節都是應用6脈衝將交流轉化為直流，因此產生的諧波以5次、7次、11次為主。其主要危害表現為對電力裝置的危害及在計量方面的偏差。使用有源濾波器可以很好地解決這方面的問題。

　　化纖行業

　　為大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化質量，以及延長爐齡、節省能源，在化纖行業常用到電助熔加熱裝置，藉助電極把電直接送入燃料加熱的玻璃池窯中。這些裝置會產生大量的諧波，且三相諧波的頻譜和幅值差別比較大。

　　鋼鐵/中頻加熱行業

　　鋼鐵業中常用到的中頻爐、軋機、電弧爐等裝置都會對電網的電能質量產生重大的影響，使電容補償櫃過載保護動作頻繁、變壓器和供電線路發熱嚴重、熔斷器頻繁熔斷等，甚至引起電壓跌落、閃變。

　　汽車製造業

　　焊機是汽車製造業中不可少的裝置，由於焊機具有隨機性、快速性及衝擊性的特點，使大量使用焊機造成嚴重的電能質量問題，造成焊接質量不穩、自動化程度高的機器人由於電壓不穩而不能工作，無功補償系統無法正常使用等情況。

　　直流電機諧波治理

　　大型直流電機場所都需要先通過整流裝置將交流電轉換為直流電，由於此類工程的負載容量都較大，因此在交流側存在嚴重的諧波汙染，造成電壓畸變，嚴重時會引起事故。

　　自動化生產線和精密裝置的使用

　　在自動化生產線和精密裝置場合，諧波會影響到其正常使用，使智慧控制系統、PLC系統等出現故障。

　　醫院系統

　　醫院對供電的連續性和可靠性有非常嚴格的要求，0類場所自動恢復供電時間T≤15S，1類場所自動恢復供電時間0.5S≤T≤15S， 2類場所自動恢復供電時間T≤0.5S，電壓總諧波畸變率THDu≤3%，X光機、CT機、核磁共振都是諧波含量極高的負載。

　　劇場/體育館

　　可控矽調光系統、大型LED裝置等都是諧波源，在執行過程中會產生大量的三次諧波，不但造成配電系統的電力裝置效率低下，而且還會造成燈光頻閃，對通訊、有線電視等微弱電迴路產生雜音，甚至產生故障。

　　在近代電信裝置和各類控制系統中，數字濾波器應用也極為廣泛，這裡列舉部分應用最成功的領域。

　　語音處理

　　語音處理是最早應用數字濾波器的領域之一，也是最早推動數字訊號處理理論發展的領域之一。該領域主要包括5個方面的內容：

　　第一，語音訊號分析。即對語音訊號的波形特徵、統計特性、模型引數等進行分析計算;

　　第二，語音合成。即利用專用數字硬體或在通用計算機上執行軟體來產生語音;

　　第四，語音增強。即從噪音或干擾中提取被掩蓋的語音訊號。

　　第五，語音編碼。主要用於語音資料壓縮，目前已經建立了一系列語音編碼的國際標準，大量用於通訊和音訊處理。

　　影象處理

　　數字濾波技術以成功地應用於靜止影象和活動影象的恢復和增強、資料壓縮、去噪音和干擾、影象識別以及層析X射線攝影，還成功地應用於雷達、聲納、超聲波和紅外訊號的可見影象成像。

　　在現代通訊技術領域內，幾乎沒有一個分支不受到數字濾波技術的影響。信源編碼、通道編碼、調製、多路複用、資料壓縮以及自適應通道均衡等，都廣泛地採用數字濾波器，特別是在數字通訊、網路通訊、影象通訊、多媒體通訊等應用中，離開了數字濾波器，幾乎是寸步難行。其中，被認為是通訊技術未來發展方向的軟體無線電技術，更是以數字濾波技術為基礎。

　　電視、雷達

　　數字電視取代模擬電視已是必然趨勢。高清晰度電視的普及指日可待，與之配套的視訊光碟技術已形成具有巨大市場的產業;可視電話和會議電視產品不斷更新換代。

　　視訊壓縮和音訊壓縮技術所取得的成就和標準化工作，促成了電視領域產業的蓬勃發展，而數字濾波器及其相關技術是視訊壓縮和音訊壓縮技術的重要基礎。

　　雷達訊號佔有的頻帶非常寬，資料傳輸速率也非常高，因而壓縮資料量和降低資料傳輸速率是雷達訊號數字處理面臨的首要問題。告訴數字器件的出現促進了雷達訊號處理技術的進步。

　　在現代雷達系統中，數字訊號處理部分是不可缺少的，因為從訊號的產生、濾波、加工到目標引數的估計和目標成像顯示都離不開數字濾波技術。雷達訊號的數字濾波器是當今十分活躍的研究領域之一。聲納訊號處理分為兩大類，即有源聲納訊號處理和無源聲納訊號處理，有源聲納系統涉及的許多理論和技術與雷達系統相同。

　　音樂

　　數字濾波器為音樂領域開闢了一個新局面，在對音樂訊號進行編輯、合成、以及在音樂中加入交混迴響、合聲等特殊效果特殊方面，數字濾波技術都顯示出了強大的威力。數字濾波器還可用於作曲、錄音和播放，或對舊錄音帶的音質進行恢復等。

　　有源電力濾波器在機場的應用

　　電力系統諧波產生的根本原因是一些具有非線性伏安特性的輸配電和用電裝置。當電流流經非線性負載時，與所加的電壓不呈線性關係，就形成了非正弦波電流，從而產生諧波。諧波汙染越來越多地威脅到電力系統安全、穩定、經濟執行，給同一網路的線性負載和其它使用者帶來了極大影響。

　　飛機作為一種便捷的交通方式給人們日常交通生活帶來了多樣化的選擇，隨之機場也在逐年擴建。但在機場的低壓配電系統中，存在著大量的諧波源，如機場助航燈、直流電機、電爐、軋機、電焊機等，這些諧波源具有電流畸變大、諧波頻譜範圍廣、無功需求變化快等特點。

　　這類負載產生的諧波，危及配電系統的正常執行，甚至引發嚴重的電氣事故。其中以機場助航燈光系統為例，助航燈光負載裝置不斷增加，機場燈光站大量使用可控矽調光裝置，導致產生大量的諧波電流，對電能質量造成汙染，同時附加電流和額外的熱效應對各類電氣裝置和電纜線路安全也造成一定危害。因此，對機場助航燈光站電力諧波問題進行分析與治理極為重要。

　　目前電力系統諧波治理主要存在兩大主流方式：無源濾波技術和有源濾波技術。機場燈光站採用的大功率電力半導體調光裝置，會產生大量高次諧波(主要是3 倍次諧波以外的所有奇次諧波)，而無源濾波器對每次諧波都要單獨設計單諧振濾波器，設計引數要跟系統阻抗有關(計算系統阻抗很繁瑣，並且系統逐年擴建，系統阻抗也會變化);無源濾波不能對諧波完全消除，反而存在著放大諧振的危險;電容的老化也會使原來設計諧振點偏移而達不到濾除目標諧波的目的;無源濾波系統適合負荷單一、穩定的場合。

　　與無源濾波器相比，有源濾波系統具有高度可控性和快速響應性(≤1ms)，能補償各次諧波，可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點;在價效比上較為合理;濾波特性不受系統阻抗的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險;具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。

　　其基本原理是從諧波源(被補償物件)負載迴路中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而相位相反的補償電流波形，用以抵消諧波源負載所產生的諧波電流，從而使電網側電流只含有基波分量。

　　治理效果：

　　FIR濾波器在音響系統中的應用

　　通常情況下，我們使用IIR EQ是對音響系統或者某個通路的頻率響應曲線進行修正，這是我們使用這種均衡器的目的。事實上，大多數情況下，它可以幫我們實現這個目標。實際使用中PEQ和GEQ有一定區別，但不論哪種形式的EQ，只要它功能足夠強大，基本上可以達到與我們預期的目的。

　　但不幸的是，IIR EQ在對系統或者通道的頻響曲線按我們個人的意志進行修正的同時，它也帶來了一個副產品——該音響系統或者通道的相位響應遭到了破壞。而且，大體的規律是：IIR EQ對頻響的改變幅度越大，則伴隨著其對對應系統或者通道相位響應的破壞越嚴重。

　　音響系統中使用高通濾波器(也可以認為是IIR EQ的一種)對相位的影響示意

　　不過，在科技高度發展的今天，FIR這個曾經被大量的應用於通訊等其它領域的技術能夠被應用到音響系統，這的確也是一件好事兒。

　　因為，它解決了IIR EQ所不能解決的問題，那就是作為EQ的另一種型別，它可以只對音響系統的頻響做修正而不影響其相位響應;它也可以只對音響系統的相位做修正而不影響頻響(這不是跟“全通濾波器”相似嗎?的確是，但是它的靈活性和功能性比AP強大多了);它還可以同時修正系統的頻率響應和相位響應。

　　這麼一說，FIR EQ除了對系統的脈衝響應沒有修正能力這外，幾乎無所不能了?的確如此，但是，它也是有副作用的!

　　使用FIR處理器對500Hz以上的訊號進行頻響和相位處理前後的對比結果

　　因為FIR濾波器是一種數字濾波器，無法用類比電路實現，所以，它對訊號進行處理的時候，會或多或少的需要時間成本。換句話說，使用了FIR濾波器的音響系統會有額外的延時，而IIR因為可以用類比電路來實現，則無此詬病，所謂任何事情都有兩面性，有好的一面就會有不好的另一面。雖然，時間成本也是我們必須要考慮的因素，但至少對於中高頻訊號，幾個毫秒的時間成本我們也不需要過於心疼。

　　而具體需要多少時間成本，主要決定於需要FIR處理的頻率範圍。頻率越低的聲音其週期也越長。很簡單我們可以想到，作為數字訊號處理器的FIR，至少需要聲音訊號對應下限頻率的一個週期的時間對它進行處理。舉例說明，就理想狀況而言，對於500Hz的聲音訊號，FIR濾波器需要至少2ms的時間進行處理，當然，這個時滯一般情況下我們可以接受。但若是要處理低至50Hz的訊號的時候，可能就需要20ms甚至於更長的時間，這對於現場演出來說就會成為一個非常惱人的問題。

　　通常來說，音響這行業，一定是在不斷的做選擇。因為，永遠沒有最好的方案，只有依當下而言更合適的解決辦法。想要更好的頻率響應的相位響應，我們會考慮使用FIR濾波器，但是同時我們又不希望有太大的時延在系統中產生。所以，在現實狀況中，很多廠商選擇用FIR處理系統的中高頻部分，而有IIR EQ以及經典的分頻電路處理低頻和超低頻部分。

　　自適應濾波在訊號處理中的應用

　　自適應濾波器的各種應用主要包括：

　　1、系統建模，其中自適應濾波器作為估計未知系統特性的模型。

　　2、自適應噪聲對消器，其中自適應濾波器用於估計並對消期望訊號中的噪聲分量;

　　3、數字通訊接收機，其中自適應濾波器用於通道識別並提供碼間串擾的均衡器;

　　4、自適應天線系統，其中自適應濾波器用於波束方向控制，並可在波束方向圖中提供一個零點以便消除不希望的干擾。

　　系統辨識或系統建模

　　對於一個真實的物理系統，人們主要關心其輸入和輸出特性，即對訊號的傳輸特性，而不要求完全瞭解其內部結構。系統可以是一個或多個輸入，也可以有一個或多個輸出。通訊系統的辨識問題是通訊系統的一個非常重要的問題。所謂系統辨識，實質上是根據系統的輸入和輸出訊號來估計或確定系統的特性以及系統的單位脈衝響應或傳遞函式。

　　系統辨識和建模是一個非常廣泛的概念，在控制、通訊和訊號處理等領域裡都有重要意義。實際上，系統辨識和建模不僅侷限於傳統的工程領域，而且可以用來研究社會系統、經濟系統和生物系統等。

　　本節只討論通訊和訊號處理中的系統辨識和建模問題。採用濾波器作為通訊通道的模型，並利用自適應系統辨識的方法對通訊通道進行辨識，從而可以進一步地對通訊通道進行均衡處理。

　　如果把通訊通道看成是一個“黑箱”，僅知道“黑箱”的輸入和輸出;以一個自適應濾波器作為這個“黑箱”的模型，並且使濾波器具有與“黑箱”同樣的輸入和輸出。自適應濾波器通過調製自身的引數，使濾波器的輸出與“黑箱”的輸出相“匹配”。

　　這裡的“匹配”通常指最小二乘意義上的匹配。這樣，濾波器就模擬了通訊通道對訊號的傳輸行為。儘管自適應濾波器的結構和引數與真實的通訊通道不一樣，但是它們在輸入、輸出響應上保持高度一致。

　　因此，在這個意義上，自適應濾波器就是這個未知“黑箱”系統的模型。並且還可以發現，如果自適應濾波器具有足夠多的自由度(可調節引數)，那麼，自適應濾波器可以任意程度地模擬這個“黑箱”。

　　假定未知通道為有限衝激響應(FIR)結構，構造一個FIR結構的自適應濾波器，用一偽隨機系列作為系統的輸入訊號x(n)，同時送入未知通道系統和自適應濾波器。

　　調整自適應濾波器的係數，使誤差訊號e(n)的均方誤差達到最小，則自適應濾波器的輸出y(n)近似等於通訊系統的輸出d(n)。可以證明，加性噪聲v(n)的存在並不影響自適應濾波器最終收斂到最優維納解。

　　可以認為，具有相同輸入和相似輸出的兩個FIR系統，應該具有相似的特性。因此，可以採用自適應濾波器的特性或其單位脈衝響應來近似替代未知系統的特性或單位脈衝響應。

　　FBAR濾波器在智慧手機中的應用

　　現代智慧手機中一個非常重要的部分是射頻(RF)濾波器，正如它的基本原理，濾波器主要應用於通過需要並拒絕不要的頻率，以使手機中的許多接收器可以只處理預期的訊號。

　　在過去，手機通常只在全球特定地區的少數頻段中工作，然而對於現代化的手機，基本上會在相同時間於多個無線頻段工作，包括行動通訊、藍芽(Bluetooth)、WiFi和GPS等，而製造商也希望設計出可在全球不同地區和不同電信運營商服務下工作的產品，要讓手機在更多頻段和地區工作代表了手機對射頻濾波的要求越來越高。

　　在前幾代的無線技術中，濾波要求並不難達成，可能只需使用表面聲波濾波器即可，但隨著運營商網路逐漸演進到CDMA和3G，為了可以利用目前的4G/LTE服務，智慧手機本身變得更為複雜，因此手機制造商已經開始擴大采用FBAR技術來解決以下即將討論4G/LTE所面對的獨特問題。

　　可在多個頻段工作的4G/LTE手機

　　最新的智慧手機產品在設計上必須可在全球多個頻段工作，多頻段智慧手機的整體尺寸並不會大於前一代，因此如果要在保留給射頻前端電路的相同空間內加入更多的濾波器，那麼非常明顯地，濾波器本身必須非常小，藉助Microcap微型封裝技術，FBAR濾波器可以通過晶片級封裝滿足絕大多數的空間受限應用。

　　由於FBAR是基體型材料，因此可以提供非常良好的功率處理能力而不需要使用如SAW濾波器中常見的並行結構，另外，FBAR器件的尺寸也會隨著頻率的提高而縮小，這使得FBAR非常適合目前2300MHz到2700MHz，以及未來3.5GHz的新4G/LTE頻段應用。

　　運行於更高資料率的4G/LTE智慧手機

　　相較於3G服務，相同資料量下4G/LTE的下載速度大約可以達到10倍，也就是說於同樣時間內可被下載的資料量達到10倍，有幾種方法可以用來實現更高的資料率，4G/LTE會依檢測到的訊號強度使用不同的調製方式，簡單地說，信噪比越高，資料率就愈高，如由QPSK轉換成QAM16/64調製。

　　於通過單刀多擲開關結合多個雙工器的多頻段4G/LTE手機上，檢測到的訊號可能過低而影響資料率，FBAR的低插入損耗有助於極大化輸入訊號強度，帶來更高的資料吞吐量，從而得到更好的使用者體驗和更高的資料容量。

　　採用分頻多工調製的手機使用允許同時進行訊號發射和接收的雙工器，由於發射和接收濾波器連線到相同的天線埠，因此彼此間的濾波器隔離就非常重要，較高的隔離會將接收頻段的噪聲降至最低，這可以提高SNR和資料率。

　　提高資料率的另一種方法是通過載波聚合，載波聚合以多於一個頻段的同時工作來提高下載資料率，部分新LTE頻段佔據相對較小的頻譜，因此這是一個網路運營商可以有效提高通訊容量的方法。

　　由於每個頻段的發射和接收會同時工作，因此不能夠使用開關，從而使用多工器來結合各個發射和接收濾波器到相同的天線埠上，當以多工器配置結合時，Avago的FBAR濾波器可以提供低訊號損耗路徑，有助於最大限度地提高資料率。

　　智慧手機同時使用多個無線訊號

　　目前很難找到沒有Wi-Fi連線功能的智慧手機，依手機工作頻率不同，如果沒有經過適當的濾波處理，手機發送的訊號可能會干擾Wi-Fi的正常執行。

　　使用智慧手機作為Wi-Fi熱點時，Wi-Fi會和4G/LTE無線訊號同時工作，如果沒有卓越的濾波能力，Wi-Fi收發器就有可能被遮蔽或者受到Band 7頻帶上LTE訊號傳輸的影響。

　　今天絕大多數的手機同時還支援GPS，甚至GLONASS服務，由於GPS/GLONASS訊號通常功率非常低，大約在-125dBm ~ -150dBm，因此所