数字滤波的应用

1/3逻辑分析仪─从入门到精通讲座(27)逻辑分析仪中数字滤波的应用1.引言数字滤波技术是信号处理中一种重要的去噪、消除干扰的方法。噪声可能有无穷无尽的来源，包括设计内部来源或外部来源，噪声会挡住感兴趣的信号。噪声会使您很难找到一个信号中想要的信息，几乎处理电路的每个人都要用一定的时间处理噪声，要么找到噪声来源修复它，要么减少噪声对测量的影响。设计工程师需要干净的没有噪声的轨迹，把重点放在设计中预计的信号上。其它情况下，干净的轨迹可以用于报告和文档，清楚地显示设计运行情况。广州致远电子有限公司的逻辑分析仪在数字滤波上有着明显的优势。2.数字滤波的分类在广州致远电子逻辑分析仪的软件采样界面里，可观察到数字滤波选项的下面有三种选择，分别是总线滤波、通道滤波和软件滤波，其中前两项属于硬件滤波，后一项是软件滤波。而硬件滤波和软件滤波的区别就是，硬件滤波是在采样的时候由硬件完成的，而软件滤波是在硬件采集并上传数据之后，在软件界面上完成的，即波形具有可变性。下面将具体介绍各种滤波方式。3.总线滤波首先，介绍一下硬件上的总线滤波，对于目前数字信号中的并行总线来说，由于每根信号线的传输延时不一样，导致总线毛刺的产生。如图1所示，是一个用100MHz的时钟采集到的7位数据总线，可看到在数据变换的瞬间存在毛刺，而总线滤波就是将采样周期以内的时间差滤除，从而滤除总线上的毛刺。图1总线滤波前的毛刺如图2所示，就为使用总线滤波之后，再次采集数据得到的结果，要注意的是：在使用硬件滤波的时候，必须重新采集数据，才能得到滤波之后的结果，否则滤波不起作用。2/3图2总线滤波后4.通道滤波在单根信号线上往往也会出现毛刺，而通道滤波从硬件上可以将一个采样周期以内的毛刺进行滤除。广州致远电子有限公司的逻辑分析仪软件拥有丰富的解码插件，可以将客户端数据按照本身的协议进行解码，从而缩短开发周期。在众多插件中，有很多串行协议都有时钟，如果时钟边沿存在毛刺就会影响正常解码。下面就以最简单的串行协议IIC协议来举例。如图3所示为用500MHz采集得到的IIC数据，SCL和SDA分别为采集到的时钟信号和数据信号，下面的IIC是解码得到的虚拟总线，从图中可以明显的观察到，本来是8个时钟组合为一个数据的，结果只有7位组合为一个数据率，而原因则是由于时钟边沿存在毛刺。ACK图3IIC波形解码图如图4所示，为放大标签M1处得到的波形，可以明显的看出，时钟边沿存在的毛刺，用标签可测出，此毛刺脉宽为2ns，而采样频率为500MHz，即采样周期为2ns，所以采用通道滤波，可以将此毛刺滤除。图4放大标签处如图5所示为采用通道滤波后的结果，可以观察到为正常解码，并没有受到毛刺影响。3/3ACK图5采用通道滤波后5.软件滤波软件滤波的级数可以任意设定，假如设置的是N级，那么就是说会将每根信号线上小于等于N个采样周期的毛刺进行滤除。软件滤波是在数据采集完成后，在软件上对数据进行滤波，所以设置软件滤波后，不需要重新采集数据，滤波会在原来采集的数据上起作用。如图6所示为软件滤波前采集的数据，采样频率为100MHz，10ns信号线是由一串10ns的毛刺组成的。图6软件滤波前如图7所示，为采用1级软件滤波后的波形图，可明显的看到，10ns信号线上的毛刺全部滤除，只剩下一根平滑的低电平信号，因为采样频率是100MHz，所以1级滤波就是将10ns及小于10ns的毛刺滤除掉。图71级软件滤波后6.总结在使用逻辑分析仪采集信号的时候，经常会采集到一些毛刺，而这些毛刺往往是我们不需要关心的，甚至会影响插件的正常解码，所以数字滤波很好的为我们解决了这个问题，熟练并正确的使用数字滤波，将为数字信号的采集及分析提供较大的帮助。