出品 21ic論壇   蔣博1026

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近期一直在做信號的處理部分的工作，上幾篇講到了多普勒超聲波流量計(jì)的工作原理以及項(xiàng)目解決方案。這幾天，準(zhǔn)備優(yōu)化一下，所以準(zhǔn)備使用梳狀濾波器(CIC,Cascaded integrator–comb filter)來用作多普勒超聲波流量計(jì)的回波信號的處理模塊。首先給大家介紹一下梳狀濾波器的原理：
首先給大家說一下多采樣率數(shù)字濾波器，從字面意思理解的話，就是具有多個(gè)采樣速率。像傳統(tǒng)的整形濾波FIR濾波器以及IIR濾波器，這兩種濾波器只有一個(gè)采樣速率，而且是固定不變的，這樣他們能夠使用的信號就有一定的局限性。
而有些情況下，被處理信號需要不同速率的采樣頻率。如果是傳統(tǒng)的采樣速率轉(zhuǎn)換，就會(huì)非常麻煩。舉個(gè)例子，被測信號是一個(gè)正弦模擬信號，AD采樣速率是F1，現(xiàn)在我們需要用到采樣頻率是F2的信號，那么就需要將這個(gè)經(jīng)過F1采樣之后進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，然后再將轉(zhuǎn)換后的模擬信號以F2采樣頻率進(jìn)行抽樣，這樣才得到了采樣率為F2的數(shù)字信號，完成了采樣頻率的轉(zhuǎn)換。但是這樣不僅僅非常麻煩，而且還有可能造成信號的損傷。所以我們采用新的思想，下邊會(huì)提到。
多采樣速率的數(shù)字信號處理系統(tǒng)常常會(huì)用到采樣速率的轉(zhuǎn)換，如內(nèi)插和抽取。由傅里葉變換性質(zhì)可知，信號時(shí)域內(nèi)的抽取會(huì)導(dǎo)致頻譜周期性平移拓寬，當(dāng)信號中有高頻分量時(shí)，可能出現(xiàn)頻譜混疊的現(xiàn)象。因此在抗頻譜混疊中需要濾波操作，將高頻分量濾除。梳狀濾波器結(jié)構(gòu)簡單，僅有乘、加單元，可以實(shí)現(xiàn)多倍速率下抽變換，并且能夠?yàn)V除高頻成分。為了使過渡帶陡峭，抑制旁瓣，濾波器的帶內(nèi)容差不宜過大。當(dāng)掃頻的帶寬一定時(shí)，CIC濾波器常用在采樣率下抽的第一級，以滿足較大的采樣率和較小的下抽因子來降低帶內(nèi)容差。以上就是對梳狀濾波器的原理的一個(gè)簡單介紹。

上圖就是我使用Matlab做了一個(gè)仿真圖，最上邊的圖九四原始信號的時(shí)域波形，首先我對其進(jìn)行5倍內(nèi)插，也就是在每兩個(gè)采樣點(diǎn)之間插入4個(gè)零值，插入之后送入低通濾波器，就得到了圖三所示的波形，對其在進(jìn)行3倍抽取，即每隔兩個(gè)點(diǎn)抽取一個(gè)點(diǎn)作為新的信號點(diǎn)，可以看出來，整個(gè)過程中信號沒有發(fā)生變化，變化的只有采樣率。上述只是我的仿真結(jié)果，在實(shí)際做出來之后，再給大家更詳細(xì)的講解。下圖也是仿真結(jié)果：

  

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