信号分析基础（六）：抗混叠滤波器的运用
对信号进行FFT分析的系统大体需要采集信号和信号后处理（FFT）两大步骤。上一章节简单介绍了采样和混叠的基本概念，本章节就如何在采样部分避免混叠作进一步探讨。
使用抗混叠滤波器的必要性
根据之前的分析，信号采样时只要把采样率设置为有用信号最高频率的两倍以上即可，但是现实世界中信号的频率范围非常广。在室温的情况下，我们可以确定温度变化的最大速率，却不能排除其中有干扰信号，导线上的干扰频率、甚至本地无线电台的信号都可能会混叠到所需的频率范围内。真正能使得输入频率范围受限的唯一方法是在ADC采样之前添加一个低通滤波器，这种滤波器称为抗混叠滤波器。
理想中的滤波器如上图a所示，所有需要的信号全部通过，不需要的信号全部阻隔。但是实际情况中，所有的滤波器更接近上图b中的频向：在通带频率和阻隔频率之间，有一个逐渐下降的过渡带，对部分不需要的信号只能做到有限的阻隔。如果说在过渡带内的输入信号较大，那么在低通滤波之后，这些信号仍有可能混叠到采样的信号中。
为避免这种情况，需将采样频率提高到过渡带最高频率的两倍。为了保证阻带能够很好地衰减任何可能混叠的信号，通常需将采样率设置为所需最大输入频率的2.5倍到4倍。也就是说，一个25 kHz带宽的FFT分析结果，需要一个以100 kHz运行的ADC。
数字滤波器
通常，一个FFT分析系统应该能够满足不同频率带宽的分析需求，比如说要将最大分析频率减小，就要对应地把ADC采样率和抗混叠滤波器的截止频率同时减小，所以说，一个FFT分析系统中需要多个抗混叠滤波器以满足其不同的分析需求。如下图上半部分所示，有n个低通滤波器。
如果说一个分析系统要满足从1Hz到几十kHz的分析频率，那它就会有成千上万个抗混叠滤波器，这会造成硬件系统的冗余以及成本的明显上升。但如果不满足上述要求，那么我们前述的测量室内温度的案例，就会因为没有较低截止频率抗混叠滤波器而混叠进较多干扰信号。
所以基于此，需要一个灵活可变，成本较低的方案，那就是数字滤波器，如上图中下半部分所示。具体的操作过程是：把ADC的采样率设置为最高，与之对应的是抗混叠滤波器，这两者的参数都保持不变，另外对采集的信号，在数字域中对其进行数字滤波，从而获得我们想要的分析频段的信号，这样就避免了针对不同分析频段需要设置多个抗混叠滤波器的问题了。
这种数字滤波器被称为抽头滤波器。它有以下优点：
· 它不仅将采集到的数字信号过滤到所需的频段，还能把输出采样率与分析频段进行同步。
· 数字滤波器没有制造偏差，老化或漂移。设计简单，避免多个抗混叠滤波器设计。
上述所有因素加在一起，就意味着数字滤波比模拟界的抗混叠滤波要便宜得多。【免责声明】本文转自吉兴汽车声学部件科技有限公，作者陈晓君，版权归原作者所有，仅用于学习！对文中观点判断均保持中立，若您认为文中来源标注与事实不符，若有涉及版权等请告知，将及时修订删除，谢谢大家的关注！
