可編程低通濾波器

1. 模擬低通濾波器和數字低通濾波器的區別

數字濾波器一般不會出現相位偏移，而模擬濾波器則會有相移。通過使用可編程邏輯器件能夠很方便的實現數字濾波器的設計。然而只藉助可編程器件實現不了模擬濾波器的設計。它的設計通常可以採用電容，電阻和電感的組合來完成。數字濾波器的濾波速度相對來說不是太快，而模擬濾波器有能夠快速濾波的電路，信號的輸出與輸入幾乎同步。數字濾波器具有的優勢是其可靠性比較高，精度也不低，能夠通過編程改變特性，易集成等等。通常模擬濾波器的信號雜訊比要比數字濾波器的低一些，這是由於數字濾波器是通過數字設備來執行操作，因此能夠消除雜訊的干擾如在模擬電路中的電阻熱雜訊。雜訊的主要來源是數字濾波器引入到模擬電路和在模擬系統轉換成數字系統的過程中在輸入端出現的量化雜訊。在對數字系統的操作處理中也許會使雜訊增大，因此應該使用適當的結構對數字濾波器進行設計，這樣來輸入雜訊對系統性能的影響便可以大大減弱。
數字濾波器的可靠性要比模擬濾波器高出很多。模擬濾波器電路中的各個電子元器件的特性會由於時間的改變，溫度和電壓的改變發生漂移,上述的問題在數字電路中並不會出現。若要使數字濾波器以穩定和可靠的方式工作，數字電路就必須在一定
的工作環境之中。數字濾波器具有精度高，可靠性高，並且數字濾波器有很強的靈活性，只要把程序參數稍作修改便能夠獲得濾波器的相應性能。另外就是數字濾波器能夠使一個計算機有多個信號被操作處理，並且能夠進行分時復用，能處理幾赫茲頻率信號。數字濾波器可靠性很強，不容易受環境溫度影響等。但是，如果想要頻域過渡區能夠迅速衰減，它必須要有大量的計算工作。
模擬濾波器的優點還有就是模擬系統可以在較高的頻率下工作，此頻率在數字設備能夠到達的最高時鍾頻率之上。其次，有時模擬解決方案要比數字解決方案更具成本效益。模擬濾波器在自身優越之處的研究價值還是很不錯的。一般在數字系統的前面，通常有一結構能夠對微弱信號進行預處理，該結構經常藉助模擬濾波器完成。一般抽樣量化開始時，還需要用模擬濾波器進行限制處理信號的最高頻率。

2. 數字濾波器可以實現什麼常用的功能，和模擬濾波器的區別在哪兒

濾波器就是頻率選擇器，選出需要的頻率成分，把不需要的頻率成分去掉。描述頻率成分的應是頻率空間，即對原始信號作傅里葉變換的頻譜空間，在頻譜空間上讓那些需要的頻率成分乘以1，就保留了，不需要的頻率成分乘以0，就濾除了。數字濾波器正是根據以上原理，在頻域里設計好濾波器的傳遞函數，與原始信號的傅里葉變換相乘，再反傅里葉變換回去就可以了。當然，也可以把傳遞函數作反傅里葉變換，得到時域（一維信號）或空域（二維信號）的模板，用模板對原始信號卷積就可以了。
數字濾波器利用了當前點前後的數據，濾波器模板是對稱的，因而不會有相移，模擬濾波器由於對於當前點，只有過去的信號可以利用，將來的信號未知，即模擬濾波器不是對稱的濾波器，因而必定存在相移。數字濾波器很容易用邏輯器件、可編程器件實現，而模擬濾波器不能只用邏輯器件實現，一般需要電阻、電容和電感的組合電路實現。
數字濾波器的濾波速度相對比較慢，模擬濾波器濾波速度非常快，因為對於電路來說，信號輸入後幾乎不用延時就有信號輸出了
希望能幫到你。

3. 基於dsp的 f.i.r低通濾波器設計

題目：利用DSP的FIR濾波器設計

數字處理器（DSP）有很強的數據處理能力，它在高速數字信號處理領域有廣泛的應用，例如數字濾波、音頻處理、圖像處理等。相對於模擬濾波器，數字濾波器沒有漂移，能夠處理低頻信號，頻率響應特性可做成非常接近於理想的特性，且精度可以達到很高，容易集成等。使用可編程的DSP晶元實現數字濾波可以通過修改濾波器的參數十分方便地改變濾波器的特性，下面主要說明利用TMS320VC54x DSP晶元設計實現FIR數字濾波器。
設計目的意義
一個實際的應用系統中,總存在各種干擾，所以在系統設計中,濾波器的好壞將直接影響系統的性能。使用DSP進行數字處理，可以對一個具有雜訊和信號的混合信號源進行采樣,再經過數字濾波,濾除雜訊,就可以提取有用信號了。所以說，數字濾波器是DSP最基本的應用領域，熟悉基於DSP的數字濾波器能為DSP應用系統開發提供良好的基礎。
技術指標
1、數字濾波器的頻率參數主要有：①通帶截頻：為通帶與過渡帶的邊界點，在該點信號增益下降到規定的下限。②阻帶截頻：為阻帶與過渡帶的邊界點，在該點信號衰耗下降到規定的下限。③轉折頻率：為信號功率衰減到1/2(約3dB)時的頻率，在很多情況下，也常以fc作為通帶或阻帶截頻。④當電路沒有損耗時，固有頻率：就是其諧振頻率，復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，一般指ω=0時的增益；高通指ω→∞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通帶增益變化量指通帶內各點增益的最大變化量，如果通帶增益變化量以dB為單位，則指增益dB值的變化量。
3、阻尼系數與品質因數
阻尼系數α是表徵濾波器對角頻率為ω0信號的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項指標，它是與傳遞函數的極點實部大小相關的一項系數。
4、靈敏度
濾波電路由許多元件構成，每個元件參數值的變化都會影響濾波器的性能。
5、群時延函數
在濾波器設計中，常用群時延函數評價信號經濾波後相位失真程度。
以上的幾個技術指標是一般濾波器的特性，但在實際應用中，數字濾波器通常用來實現選頻操作，因此在利用DSP實現數字濾波器設計中要求的技術指標主要為在頻域中給出的幅頻響應和相頻響應。如下圖所示

幅頻響應和相頻響應特性曲線
對於幅頻響應，它的含義是信號通過系統之後的輸出信號的幅度與它輸入時的信號的幅度的比值，一般以分貝值表示。對於相頻響應，含義是信號通過系統之後的輸出信號的相位與它輸入時的信號的相位之差，在運用線性相頻響應指標進行濾波器設計具有如下優點：①只包含實數演算法，不涉及復數運算；②不存在延遲失真，只有固定數量的延遲；③可以採用FFT演算法，從而提高運行效率；④由於FIR濾波器的單位脈沖響應是有限長序列，故FIR濾波器沒有不穩定的問題,且誤差較小。
基本原理
利用DSP實現FIR濾波器的設計方法主要有窗函數法和頻率抽樣法，其中窗函數法是基本的設計方法，這里採用窗函數法設計FIR濾波器。設希望得到的濾波器理想響應為 ,那麼FIR濾波器的設計就在於尋找一個傳遞函數

去逼進 ，設

這里 就是傅立葉級數的系數。在這種逼近中，最直接的一種方法就是從單位脈沖響應 入手，使 逼近理想的單位脈沖響應 。由於 是一個無限長序列，因此，最簡單的方法就是對 做截尾處理，即得到一個近似的傳遞函數

上式中，Q就是最終確定FIR濾波器的階數，Q越大，近似程度就越高。對 截尾，實際上就是對 乘上一個矩形窗口 ,即

令z= ,則

其脈沖響應系數為 ， ，…， ， ， ，…， ， 。為使 具有因果性，延時Q個樣值，可得：

令n+Q=k，上式成為

令 ,N=2Q,得

式中， 是脈沖響應系數，這里 …, ,…, 。
一般來說,FIR數字濾波器輸出 的Z變換形式 與輸入 的Z變換形式之間的關系如下:

實現結構如下圖所示：

Z變換結構圖
從上面的Z變換和結構圖可以很容易得出FIR濾波器的差分方程表示形式，即對上式進行反Z變換得：

上式為FIR數字濾波器的時域表示方法,其中x(n)是在時間n的濾波器的輸入抽樣值，根據上式即可對濾波器進行設計。
硬體設計
1、DSP晶元
根據設計原理，實現的核心器件採用美國德州儀器公司生產的低功耗定點數字信號處理器晶元TMS320C5402。選擇該晶元主要是因為它是目前最常用的低成本DSP晶元，而且包括以下主要特點：
⑴運算速度快，最快可達532MIPS；
⑵多匯流排結構，片內共有8 條匯流排（1條程序存儲器匯流排、3條數據存儲匯流排和4條地址匯流排）；
⑶CPU採用馮? 諾依曼並行結構設計，使其能在一條指令周期內，高速地完成多項算術運算；
⑷片內集成了4K×16bitROM和16K×16bit的雙存取RAM；
⑸豐富的片上外圍電路（通用I/O 引腳，定時器，時鍾發生器， HPI 介面，多通道緩沖串列口McBSP）使其與外部介面方便；
⑹3.3V I/O電壓，1.8V核點壓，工作電流平均值為75mA，其中核45mA，I/O約30mA；
⑺144腳BGA封裝，使體積減少，功耗降低。
2、AD和DA電路
在本數字濾波器系統中選擇了TI公司的TLV1570晶元作為模數轉換器件，8通道10位2.7到5.5 V低電壓模數轉換晶元。TLVl570在3V電壓下的采樣頻率為625KSPS，輸入信號最高頻率不能超過300K。
由於模數轉換選擇了10位器件，為了簡化程序代碼，減少DSP 的運算工作量，在本數字濾波器系統中選擇了TI公司的TLV5608晶元，它是一款8通道10位2.7到5.5V低電壓數模轉換晶元。
3、電源電路
根據DSP晶元工作的電壓電流需求，及晶元採用雙電源供電對加電順序的要求，考慮使用TI公司的電源轉換晶元TPS73HD318,其輸出電壓為一路3.3V、一路1.8V，每路電源的最大輸出電流為750mA，能滿足本系統的供電需求。而且TPS73xx具有非常低的靜態電流，能使穩壓器輸出穩定。
4、時鍾電路
C54xx系列的時鍾端子為X1和X2/CLKIN，採用無源晶振提供時鍾信號，由於DSP有一組端子可以用來調整其工作頻率的高低，故對晶振頻率大小的選定沒有特別的要求，這里選用10Mhz的晶振。
5、復位電路
為了克服DSP系統因時鍾頻率較高導致在運行時可能發生的干擾和被干擾的現象，最好是使用具有監視（Watchdog）功能的自動復位電路,於是採用專門的自動復位晶元MAX706。MAX706的電源為3.1V～5.0V,低電平復位輸出，復位門限為3.08V。
6、未用端子處理
根據使用DSP晶元的相關原則，以及晶元手冊具體決定未用端子是接上拉電阻還是懸空。
7、基於上述的各部分電路組成，可以得出DSP數字濾波器的整體硬體電路連線圖，如下所示

程序設計
1、設計思路
⑴在DSP進行數字濾波運算前首先要進行初始化，只有正確設置了DSP的初始狀態才能保證晶元能正常運行。本系統主要進行以下兩方面的初始化：
①寄存器初始化：狀態寄存器ST0、狀態寄存器ST1、處理器模式控制寄存器PMST、軟體等待狀態寄存器SWWSR、組交換控制寄存器BSCR和時鍾模式寄存器等。
②中斷矢量表初始化：根據DSP晶元對各中斷矢量的設置位置編寫一個子程序；設置PMST控制寄存器；連接時將矢量表重定位到IPTR指定的地址。
⑵其次就是FIR 數字濾波的子程序設計，主要步驟如下：
①查詢SPCR11寄存器的第二位，當為1時說明read ready，將DRR11的值讀入AR3所指向的地址，該值為最新的采樣值。
②將最新的采樣值減去200h，然後AR3的值減1。
③執行MAC指令。
④將累加器的值送給變數Y，並將Y加上200h。
⑤查詢SPCR20寄存器的第二位，當為1時說明writeready，將Y值賦給DXR10，該值為濾波器輸出值。
⑥循環執行上面步驟。
2、程序流程圖
依據上述程序設計思路可以得到利用DSP實現FIR濾波器設計的程序流程圖，如下

3、程序代碼
由於初始化程序部分過於龐大繁雜，這里只給出用MAC指令編程實現FIR低通濾波器的程序片斷：
FILT_task1
LD Store_SICX,A
STLM A,ar4
STM #1,ar0 ；間址
STM #28,bk
LD DEM_Out,A
STL A,*ar4+% ；輸入信號:實部
STM #Coef_Tab1,ar5 ；濾波器實部系數地址
LD #0,A
STM #27,brc
RPTB SICXU-1
MAC *AR4+0%,*AR5+,A
SICXU LD A,-16,A ；低通濾波結果
LD C7FFF,B
MIN A
NEG B
MAX A
STL A,DEM_Out
LDM AR4,A
STL A,Store_SICX
RET
Coef_Tab1
.word 100 ；h(0)
.word 7 ；h(1)

… ；脈沖響應系數

.word -248
.word -71 ；h(N-1)
.end
總結
通過利用DSP的FIR濾波器設計，對DSP晶元的使用，以及利用DSP晶元組成的基本系統的相關電路有了比較深的認識。熟悉DSP晶元的系統設計和應用開發流程，並利用圖書館、網路、詢問同學等方式查找資料和解決相關的難題，這是最基礎的工作，也是最關鍵的步驟。這樣做可以培養自己的動手解決問題的能力和獨立思考的處事方法，使自己具有技術人員的氣質和工作態度，為將來的就業增加優勢。
數字濾波器是DSP的典型應用，學會了有助於觸類旁通，利於進一步的學習研究，能做到理解其他基於DSP的系統的功能和工作原理。掌握了基於DSP的應用開發，開闊了視野，增長了知識，是進入現代數字信號處理領域重要技能，乃至大規模集成電路的開發也是會用到的基礎，今後要予以重視並積極努力去學習。

4. 詢問一款可以做-3d截止頻率是10Mhz低通濾波器的可編程濾波晶元。。。急急急啊，謝謝~

LM324是不行的，對小信號輸入波形性對好點，你這電路應該是用來做DDS的，濾波器有幾V的輸入時波形會有失真點，而且帶寬也就1MHz。如果你的濾波器沒有增益的話，可用NE5532，帶有增益的話可用LM318（15MHz）或更高帶寬的，如MC33282，OP37等

5. 簡單低通RC濾波為何反而會引入高頻雜訊

在這之間加一級低通濾波器的方法，就可將量化雜訊過濾掉，從而得到一組精確的數字量〔1，2〕。2
AD770...
在緩沖器中有一級RC低通濾波，過濾掉輸入信號中的雜訊信號，下一級PGA的功能是可編程調整信號增益

6. 有源濾波的有源濾波器的設計

1．熟悉ispPAC80可編程模擬器件的結構、功能。
2．掌握可編程模擬器件設計有源濾波器的方法。
3．學會使用PAC-Designer軟體進行有源濾波器的設計。
4．學會有源濾波器的幅頻、相頻特性曲線的測試方法。 （一）設計原理
濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制（或衰減）無用頻率信號的電子電路或裝置。在工程上，常用它來進行信號處理，數據傳送或抑制干擾等。以往濾波器主要採用無源元件R、L、和C組成，目前一般用集成運放、R、C組成，常稱為有源濾波器。
在一個實際的電子系統中，有時輸入信號往往受干擾等原因而含有一些不必要的成分，應當把它衰減到足夠小的程度。而在另一些場合，有時我們需要的信號和別的信號混在一起，應當 設法把我們需要的信號挑出來。要解決這些問題都需要採用有源濾波器。
用在系統可編程模擬器件實現有源濾波器的設計非常方便。通常用三個運算放大器就可以實現雙二階型函數的電路。而雙二階型函數能實現所有的濾波器函數，如低通、高通、帶通、帶阻。雙二階函數的表達式如3-17-1所示，式中m=1或0，n=1或0。
3-17-1
這種電路的靈敏度相當低，電路容易調整。另一個顯著特點是只需增加少量的元件就能實現各種濾波函數。3.16節可知ispPAC10、ispPAC20器件結構與功能，實現這樣的電路很容易。首先討論低通濾波器的轉移函數如3-17-2式。
3-17-2
3-17-3
3-17-4
3-17-4式可寫成3-17-5式形式
b=k1k2 3-17-5
3-17-1為雙二階有源濾波器方框圖。
不難看出方框圖中的函數可以分別用反相器電路、積分電路、有損積分電路來實現。把各個運算放大器電路代入3-17-1的方框圖即可得到3-17-2電路。
然而現在已不再需要電阻、電容、運放搭電路了，調試電路了。利用在系統可編程器件可以很方便的實現此電路。ispPAC10能夠實現方框圖中的每一個功能塊。PAC塊可以對兩個信號進行求和或求差，K為可編程增益，電路中把K11、K12、K22設置成+1，把K12設置成-1。因此三運放的雙二階型函數的電路用兩PAC塊就可以實現。在開發軟體中使用原理圖輸入方式，把兩個PAC塊連接起來。
電路的CF是反饋電容值，Re是輸入運放的等效電阻。其值為250kΩ。兩個PAC塊是輸出分別為Vo1和Vo2。可以分別得到兩個表達式，3-17-6表達式為帶通函數、
3-17-6
3-17-7表達式為低通函數
3-17-7
實際利用ispPAC進行濾波器的設計時，一般在其開發軟體PAC-Designer中含有一個宏，專門用於濾波器的設計，設計者只要根據所要求選擇不同類型，不同性能指標的濾波器配置電路，不需要自己連接電路，只要輸入濾波器的相應指標。如fo、Q等參數，即可自動產生濾波器電路。例如：用ispPAC10或ispPAC20設計時，需要在自動生產的濾波器電路里設置相應的增益和電容值。然後用模擬器模擬出所設計濾波器的幅頻和相頻特性。並與現實進行較，是否符合技術要求。
例如：根據3-17-6和3-17-7給出的方程，輸入相應的技術指標，便可以在PAC Designer軟體中濾波器設計的宏里自動產生雙二階濾波器電路，增益和相應電容值根據需要進行設置。開發軟體中還有一個模擬器，用於模擬濾波器的幅頻和相頻特性。
（二）.ispPAC器件設計有源濾波器舉例
ispPAC80是lattice公司繼ispPAC10和ispPAC20後推出的一種專門用來實現高性能連續時間低通濾波器的模擬可編程器件。該器件內部包含了儀表放大器增益級，內核是一個五階濾波器，其軟體設計方法與ispPAC10、ispPAC20稍有不同。
每一片ispPAC80器件可以同時存儲兩組不同參數的五階濾波器配置（cfgA和cfgB）,在進行設計前其默認值是空的（cfgA.unknown,cfgB.unknown）。ispPAC80軟體庫中含有八千多種不同類型和參數的五階濾波器庫，設計者可以調用該庫從而方便地完成設計。例如：先設計第一個配置(cfgA)：雙擊cfA unkown所在的矩形框，產生如圖3-17-7所示的五階濾波器庫。
該庫中含有各種不同類型的濾波器，如薩頓斯濾波器(Satons)、巴塞爾濾波器（Bessel）、線性濾波器、高斯濾波器（Gaussian），巴特沃斯濾波器（Butterworth）、橢圓濾波器等，每種類型的濾波器根據其參數值的不同，又分為不同的具體型號，共8244種。設計者只需要具備關於濾波器技術指標等知識，如通帶頻率、止帶頻率、止帶衰減，相位線性度，群延時等。設計者根據所需要的設計的目標濾波器的各項指標的數據，從資料庫里挑選出與目標技術指標比較接近（相差不會超過3.0﹪）的組構方案。比如根據設計設計要求選定一種濾波器，如第4001種（ID號為4000）的橢圓濾波器，雙擊該ID號，將該種濾波器拷貝進ispPAC80的第一組配置ConfigurationA中。
雙擊輸入使用運放IA圖形，可以調整輸入增益倍數（1.2.5或10）。同樣，雙擊wakeup=cfgA的梯形圖標，可以設置激活配置cfgA或cfgB。在上述設計輸入完畢後，軟體就可自動完成對濾波器的電路進行連接與參數配置。設計輸入完畢後，按Tool=Run Simulator菜單，可對設計進行模擬，方法與3.16節相同。若模擬結果仍與設計要求有所偏差，則還可以調整3-17-8中濾波器的參數C1、C2、C3、C4、L2、L4和C5（雙擊該處即可進入參數調整狀態）。
（二）spPAC80的特性曲線如3-17-10所示，供設計參考 1. 低通五階濾波器增益為1，轉折頻率為10kHz，通帶內允許最大波動為±1dB。
2. 設計一雙二階有源濾波器，要求實現低通、帶通、高通輸出。帶通中心頻率fo為10kHz，低通、高通轉折頻率均為10kHz，增益為2。 1．畫出所設計有源濾波器原理圖
2．用PAC-Designer軟體根據設計要求設計出濾波器，列印出模擬曲線，並把設計好的濾波器下載到相應的晶元里。
3. 在實驗儀器對晶元進行測試，晶元里的濾波器性能指標是否符合要求。
五.實驗儀器及器件
所用儀器同3.16
ispPAC20、ispPAC10、ispPAC80適配板各一塊。
有源濾波器
70年代初期，日本學者就提出了有源濾波器APF(Active Power Filter)的概念，即利用可控的功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。
與無源濾波器相比，AFP具有高度可控性和快速響應性，能補償各次諧波，可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點;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。

7. in normally和in normal的區別

只有in normal+名詞，這個片語，前面的不對。
in normal times
平時; 在正常時期
in normal condition
在正常情況下

8. 關於用ip核設計FIR濾波器的問題，請高人賜教啊。。

在測控系統中用IP核實現D/A轉換
技術分類： EDA工具與服務 | 2008-01-31
來源：單片機及嵌入式系統應用 李艷萍
在各類電子系統中，數字電路所佔比重越來越大。這主要是因為數字電路相對於模擬電路有一些突出的優點，例如：

*數字電路中的有源器件工作在飽和區與截止區，工作狀態穩定；

*數字電路處理的是二值信號，易於存儲和再生；

*數字電路是由大量相同的基本單元，如門、觸發器等所組成，易於大規模集成，易於自動化設計工具的應用等。

由於數字電路的以上特點，再加上數字計算機和數字信號處理技術的迅速發展，使得數字電路從集成規模、應用范圍及設計自動化程度等方面大大超過了模擬電路，越來越多的由模擬電路實現的功能轉由數字電路實現，進入了電子系統數字化的時代。

在測控系統採用數字化技術，將原來由模擬電路實現的D/A由數字電路實現。

1IP核介紹

IP（知識產權）核將一些在數字電路中常用，但比較復雜的功能塊，如FIR濾波器、SDRAM控制器、PCI介面等設計成可修改參數的模塊。IP核的重用是設計人員贏得迅速上市時間的主要策略。隨著CPLD/FPGA的規模越來越大，設計越來越復雜（IC的復雜度以每年55%的速率遞增，而設計能力每年僅提高21%），設計者的主要任務是在規定的時間
周期內完成復雜的設計。調用IP核能避免重復勞動，大大減輕工程師的負擔，因此使用IP核是一個發展趨勢。

IP核包括硬IP與軟IP。可配置IP是參數化後的可重定目標IP，其優點是可以對功能加以裁剪，以符合特定的應用。這些參數包括匯流排寬度、存儲器容量、使能或禁止功能塊。

硬IP最大的優點是確保性能，如速度、功耗等。然而，硬IP難以轉移到新工藝或集成到新結構中，是不可重配置的。

軟IP是以綜合形式交付的，因而必須在目標工藝中實現，並由系統設計者驗證。其優點是源代碼靈活，可重定目標於多種製作工藝，在新功能級中重新配置。

不過目前大多數庫是收費的，但也可以從網上下載一些免費的IP核。

2用IP核實現的D/A轉換器的功能及特點

數字到模擬轉換器（DACs）將一個二進制數轉換為與之對應的電壓值，目前常用的D/A轉換器都是由電阻或電容加權網路、受碼元控制的開關和基準電壓或電流源組成。當D/A轉換器需要轉換的信號每次取樣字長很長時，對這些電路的精度要求很高，並且還必須在整個溫度范圍和整個使用壽命期間內保持電路參數的穩定。例如，一個16位的D/A轉換器，其MSB的精度必須在1/216以內，這是很困難的。所以，需尋求一種中保持高解析度又可降低對電路精度和穩定度要求的方法。

可綜合的Delta-SigmaDAC（術語Delta-Sigma分別指算術差與和，即Δ-∑DAC），是Xilinx公司提供的免費IP核，可從網上下載得到。

Delta-SigmaDAC使用數字技術，因而它不溫度的影響，並且能在一片可編程邏輯器件中實現。避免在D/A轉換器中使用匹配電阻，不僅能更便宜，而且，其轉換是線性的。Delta-SigmaDAC實際上是高速單個位的DAC，用數字反饋技術，在輸出端產生一串脈沖。脈沖串中信號為高電平的時間部分與二進制輸入成比例，當這個脈沖串通過一個模擬低通濾波器後就得到一個模擬輸出信號。

圖1是一個典型的可編程邏輯器件實現的DAC的頂層電路圖，輸入信號有復位信號、時鍾信號以及二進制數據匯流排。輸出DACoutDrvr驅動一個外部的低通濾波器Vout能從0V～Vcco。這里Vcco是FPGAI/O塊的供電電壓。輸入/輸出詳細說明如表1所列。

表1輸入輸出描述表信號方向

描述DACOUT輸出驅動外部低通濾波器的脈沖串（通過一個輸出驅動器）DACIN輸入數字輸入匯流排，值必須設置成鍾的正沿clk輸入正沿有效Reset輸入復位信號初始化SigmaLatch和輸出D觸發器

DAC的二進制輸入是一個無符號數。「0」代表最低電壓，輸出的模擬電壓也只有正的。「0」輸入產生0V輸出，輸入端全「1」，則輸出近似達到Vcco。

圖2是Delta-SigmaDAC的原理框圖，二進制輸入的位寬是可變的。為簡單起見，電路原理圖描述了一個8位二進制輸入的DAC。

在這個器件中，二進制加法器用來產生和，也用來產生差。盡管DeltaAdder的輸入是無符號數，兩個加法器的輸出卻都是有符號數。 DeltaAdder計算DAC輸入和當前DAC輸出的差，並用一個二進制數表示。因為DAC的輸出是一個單個的位，因此它不是1就是0。如圖2所示，當輸入加上由SigmaLatch的輸出的兩個拷貝與0構成的10位數，就產生差值，這也補償了DACIN是無符號數的事實。SigmaAdder將它原來的輸出（保存在SigmaLatch中）與當前的DeltaAdder的輸出相加。

9. 數字濾波器的概述

數字濾波器對信號濾波的方法是：用數字計算機對數字信號進行處理，處理就是按照預先編制的程序進行計算。數字濾波器的原理如圖所示，它的核心是數字信號處理器。

如果採用通用的計算機，隨時編寫程序就能進行信號處理的工作，但處理的速度較慢。如果採用專用的計算機晶元，它是按運算方法製成的集成電路，連接信號就能進行處理工作，處理的速度飛快，但功能不易更改。如果採用可編程的計算機晶元，那麼，裝入什麼程序機器就能具有什麼功能。這種可編程晶元的優點很多，是現代電子產品的首選。如果是對模擬信號進行處理，則需要添加模數轉換器和數模轉換器。
參考《數字信號處理》楊毅明著p.183-184，機械工業出版社2012年發行。
數字濾波器是按照程序計算信號，達到濾波的目的。通過對數字濾波器的存儲器編寫程序，就可以實現各種濾波功能。對數字濾波器來說，增加功能就是增加程序，不用增加元件，不受元件誤差的影響，對低頻信號的處理也不用增加晶元的體積。用數字濾波方法可以擺脫模擬濾波器被元件限制的困擾。
數字濾波器一詞出現在60年代中期。由於電子計算機技術和大規模集成電路的發展，數字濾波器已可用計算機軟體實現，也可用大規模集成數字硬體實時實現。
數字濾波器是一個離散時間系統（按預定的演算法，將輸入離散時間信號(對應數字頻率)轉換為所要求的輸出離散時間信號的特定功能裝置）。應用數字濾波器處理模擬信號（對應模擬頻率）時，首先須對輸入模擬信號進行限帶、抽樣和模數轉換。數字濾波器輸入信號的數字頻率（2π*f/fs,f為模擬信號的頻率，fs為采樣頻率，注意區別於模擬頻率),按照奈奎斯特抽樣定理，要使抽樣信號的頻譜不產生重疊，應小於折疊頻率（ws/2=π)，其頻率響應具有以2π為間隔的周期重復特性，且以折疊頻率即ω=π點對稱。為得到模擬信號，數字濾波器處理的輸出數字信號須經數模轉換、平滑。數字濾波器具有高精度、高可靠性、可程式控制改變特性或復用、便於集成等優點。數字濾波器在語言信號處理、圖像信號處理、醫學生物信號處理以及其他應用領域都得到了廣泛應用。
數字濾波器有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。它可以是時不變的或時變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的。應用最廣的是線性、時不變數字濾波器，以及f.i.r濾波器。

10. M法與T法在編碼器測速方面的區別和頻率問題

一、M/T法測速
該方法屬於數字式測速，通常由光電脈沖編碼器、直線光柵尺、感應同步器、旋轉變壓器、直線磁柵尺等感測器來完成。
該類轉子位置感測器發出的脈沖信號，可在可編程計數器8253的配合下，基於微機系統採用M??T法對電機轉速實現高精度的數字測量，這類感測器一般都輸出兩組相位相差90°的脈沖序列A、B,根據A、B的相位關系可以鑒別電機轉
向，同時還可以進行四倍頻處理，以減少通過M/T法獲取速度反饋信號的紋波。
其基本原理是：電機每轉一圈，感測器輸出的脈沖數一定，隨著電動機轉速和輸出脈沖頻率的不同，頻率與轉速成正比，能測量其頻率，通過軟體計算就能得到速度，鑒相電路還能同時反映實際轉速的方向。
二、F/V測速
各種原理的數字脈沖測速機，主要有編碼器和電磁式脈沖測速機。
就位置伺服系統來說，它的速度環一般習慣上還是採用速度的模擬量反饋，而不是數字量反饋，因此基於計數器和微機軟體實現的M/T法測速，還需增加D/A轉換，也有一些系統採用編碼器的測速脈沖經f/v變換獲得速度的模擬量，或者由轉子位置感測器的脈沖信號經f/v變換獲得速度的模擬量。
F/V法測速原理是：電機每轉輸出的脈沖信號頻率與電機轉速成正比，然後通過頻壓變換將脈沖信號轉換成反映轉速高低的模擬電壓。
為了反映轉速的方向，要有旋轉方向自動切換功能。
測速精度與編碼器每轉脈沖數以及f/v變換電路時間常數的選擇有關，每轉脈沖數越多，測速越精確，這在低速段尤為重要。
為保證f/v線性變換，f必須變成寬度一定的脈沖，事先由單穩電路定寬，然後經由運放組成的低通濾波器把頻率變換為直流電壓。