总之,由RC有源滤波器为原型的各类变种有源滤波器去掉了电感器,体积小,Q值可达1000,克服了RLC无源滤波器体积大,Q值小的缺点。但它仍有许多课题有待进一步研究:理想运放与实际特性的偏差的研究;由于有源滤波器混合集成工艺的不断改进,单片集成有待进一步研究;应用线性变换方法探索最少有源元件的滤波器需要继续探索;元件的绝对值容差的存在,影响滤波器精度和性能等问题仍未解决;由于R存在,集成占芯片面积大,电阻误差大(20%~30%),线性度差等缺点,使大规模集成仍然有困难。尽管有这么多问题,RC有源滤波器的理论和应用仍在持续发展中。
34.1.4 开关电容滤波器(SCR)20世纪80年代技术改造一个重大课题是实现各种电子系统全面大规模集成(LSI)。使用最多的滤波器成为“拦路虎”,RC有源滤波器不能实现LSI,无源滤波器和机械滤波器更不用说了,于是,人们只能另辟新径。50年代曾有人提出SCF的概念,由于当时集成工艺不过关,并没有引起人们的重视。1972年,美国一个叫Fried的科学家发表了用开关和电容模拟电阻R,说SCF的性能只取决于电容之比,与电容绝对值无关,这样才引起人们的重视。1979年一些发达国家单片SCF已成为商品(属于高度保密技术)。现在SC技术已趋成熟。SCF采用MOS工艺加以实现,被公认为80年代网络理论与集成工艺的一个重大突破。当前MOS电容值一般为几皮法至100pF之内,它具有(10~100)×10-6/V的电压系数与(10~100)×10-6/℃的温度系数,这两个系数几乎接近理想的境界。SCF具有下列一些优点:SCF可以大规模集成;SCF精度高,因为其性能取决于电容之比,而MOS电容之比的误差小于千分之一;功能多,几乎所有电子部件和功能均可以由SC技术来实现;比数字滤波器简单,因为不需要A/D、D/A转换;功能小,可以做到小于10mW。
SCF的应用以声频范围应用为主体,工作频率在100kHz之内。在信号处理方面的应用有:程控SCF、模拟信号处理、振动分析、自适应性滤波器、音乐综合、共振谱、语言综合器、音调选择、语声编码、声频分析、均衡器、解调器、锁相电路、离散傅氏变换…… 总之,SCF在仪表测量、医疗仪器、数据或信息处理等许多领域都有广泛的应用前景。
34.1.5 几种新型数字滤波器(DF)(1)自适应DF
最优控制、自适应控制和自学习控制都涉及到多参数、多变量的复杂控制系统,都属于现代控制理论研究的课题。自适应DF具有很强的自学习、自跟踪功能。它在雷达和声纳的波束形成、缓变噪声干扰的抑制、噪声信号的处理、通信信道的自适应均衡、远距离电话的回声抵消等领域获得了广泛的应用,促进了现代控制理论的发展。
自适应DF有如下一些简单算法:W—LMS算法、M—LMS算法、TDO算法、差值LMS算法和C—LMS算法。
(2)复数DF
在输入信号为窄带信号处理系统中,常采用复数DF技术。为了降低采样率而又保存信号所包含的全部信息,可利用正交双路检波法,取出窄带信号的复包络,然后通过A/D变换,将复包络转化为复数序列进行处理,这个信号处理系统即为复数DF。它具有许多功能:MTI雷达中抑制具有卜勒频移的杂波干扰;数字通信网与模拟通信网之间多路TDM/FDM信号变换复接……
(3)多维DF
在图像处理、地震、石油勘探的数据处理中都用到多维DF(常用是二维DF),多维DF的设计,往往将一维DF优化设计直接推广到多维DF中去。对于模糊和随机噪声干扰的二维图像的处理,多维DF也能发挥很好的作用。
此外,还有波DF,它便于实现大规模集成,便于无源和有源滤波网络的数字模拟。因此,正受到人们的重视和加以研究。
对于DF有待研究的课题有:系数灵敏度、舍入噪声和极限环、多维逆归滤波器的稳定性、各种硬件和软件实现DF的研究等等。总之,DF在数字信号处理技术中占有极为重要的地位,对于它的研究、生产和应用等工作均是很有意义的。
34.1.6 其它新型滤波器为适应各种需要,出现了一批新型滤波器,这里介绍几种已得到广泛应用的新型滤波器。
(1)电控编程CCD横向滤波器(FPCCDTF)
电荷耦合器(CCD)固定加权的横向滤波器(TF)在信号处理中,其性能和造价均可与数字滤波器和各种信号处理部件媲美。这种滤波器主要用于自适应滤波;P-N序列和Chirp波形的匹配滤波;通用化的频域滤波器及相关积运算;语音信号和相位均衡;相阵系统的波束合成和电视信号的重影消除等均有应用。当然,更多的应用有待进一步开拓。总之,FPCCDTF是最有希望的发展方向。
(2)晶体滤波器