示波器解决方案之噪声太大，信号测不准，怎么办

示波器使用时，环境中电磁干扰产生的噪声不可避免会影响到波形采集效果，传统示波器只有20M带宽限制，缺乏灵活性，是德HD3系列集成了硬件FIR滤波器，可以更好解决噪声干扰问题。

实际测试环境中，会有这样那样的电磁干扰，这些会通过探头或者其他什么途径进入到示波器中，最后导致我们无法准确测量出自己关心的信号。这种情况怎么办呢，有一个很自然而然的想法，就是滤波。从频域上，把高频的信号去掉，把有用的信号保留下来。

传统示波器都会有一个20M带宽限制功能，但很多时候20M滤波器并不能满足所有场合，因为噪声频率并不会根据示波器里预设的模拟滤波器的截止频率来产生。所以我们需要一种更灵活的滤波器。针对这一场景，我们推出了FIR滤波器功能，让示波器有更灵活的噪声抑制能力。

FIR滤波器：有限长冲击响应滤波器，其本质是通过数字信号处理的方式来实现滤波器的功能。为了让大家更好理解，我们简单对其原理进行分享。我们先看一个最基本的滑块滤波器代码。

这就是一种广义上的FIR滤波器。为什么这么说呢？我们现在来看一下FIR的核心公式：

FIR滤波器实际上就是把ADC采集到的数据x(n)与一个长度为M的序列h(k)进行卷积。

我们常用的滑块滤波其实就是这种形式，只不过h(k)中所有的数值都是1/M，也就是上面代码中的1/4。这种滤波器与标准FIR滤波器的差别在于h[k]这个序列不同。而这个h[k]序列，其实就是目标滤波器的冲击响应。所以说FIR滤波器与滑块滤波器没有本质上的区别，只是他们的目标滤波器形状不同而已。标准FIR滤波器的形状是接近理想滤波器的。

熟悉傅里叶的同学可以很容易理解，时域相卷就是频域相乘，这个序列h[k]其实就是特定频域曲线的逆傅里叶变换。不熟悉傅里叶也没关系，知道他是一个滤波器的冲激响应就可以了。

那么FIR在示波器上具体是什么效果呢？

图1 大噪声下的信号

图2  硬件FIR效果展示

图1为一个耦合了高频噪声的正弦波。图2为应用硬件FIR滤波器之后的效果。可以看到，FIR已经将噪声过滤掉了。而一般示波器的软件FIR的效果，如图3所示。

图3  软件FIR效果展示

可以看到它的效果很差，这是因为软件滤波器是由CPU进行计算的，而CPU不能流水线式工作，只能对数据一帧一帧的处理，所以数据量不能太大，会有一个抽点的过程，导致最终结果不准确。而最前端的稳定时间会出现在每一帧波形里，无法处理。而FGPA是流水线作业的。稳定时间只存在与波形采集的一开始，后面就不会再出现了。

FIR另一个比较实用的场景是电源纹波测量。我们知道，由于电磁场的特性，当我们使用接地夹进行纹波时，不可避免的会有一部分开关噪声耦合进入示波器。所以通常的建议是采用接地弹簧进行测量。但是这很不方便，而且很多高压场合也做到不到用弹簧测量。

图4  探头感容耦合示意图

图5  弹簧接地示意图

通过我们的FIR功能，可以有效的过滤到噪声信号，甚至不需要用接地弹簧，直接用接地夹进行测量就可以。如将截止频率设置为开关频率的10倍以上，就可以无损的测量电源纹波信号了。

图6  被噪声干扰的电源文波信号 

图7  滤波噪声后的电源纹波信号 

另一常见的情况是这样的，波形不是标准的一个波形，而是有很多谐波分量，这就导致触发不稳定，因为一个周期里有多个上升沿，就造成波形看上去会一直抖。如图8所示。 

图8  触发不稳场景 

但是这个信号确实是真实的信号，又不能过滤掉，怎么能让他触发稳定的？我们可以将FIR的结果不作为显示源，而只作为触发源，设置合适的截止频率将谐波过滤掉，从而让触发稳定，又不影响波形原来的样子，如图9所示。 

图9  触发稳定场景 

是德HD3系列系列示波器，具有强大的硬件FIR功能，截止频率可以灵活配置，具有实时性，准确性等特点，同时配备12位垂直分辨率，让您可以轻松的从大噪声环境下获取准确的真实信号，并且具有很好的精度和准确度。

我们的优势：是德、泰克、日置、固纬、艾德克斯、普源、同惠、鼎阳、安柏等。