數(shù)字調(diào)諧濾波器原理及方案

單元組合式濾波器組設計結(jié)構(gòu)的優(yōu)點如下：
由于它的內(nèi)部濾波器單元是獨立的，因此可以根據(jù)要求制作各種原理的濾波器，濾波器1和濾波器2拓撲結(jié)構(gòu)可以完全不同，設計和應用比較靈活；
由于切換單元只進行了開關陣列的數(shù)字控制，因此數(shù)字濾波器跳頻速度很快，可以達到微秒數(shù)量級；濾波單元主要由LC構(gòu)成，不受半導體器件靜態(tài)直流工作點影響，因此功率容量較大。同時，LC可選擇溫度特性較好的器件，因此濾波器的中心頻率溫度漂移等溫度特性較好。這種設計結(jié)構(gòu)，原理簡單，也容易實現(xiàn)。在民用領域得到完善和發(fā)展，早期的通訊機和電視機的高頻頭調(diào)諧調(diào)臺器等就是一個成功范例。
單元組合式濾波器組的缺點也是很明顯的：
系統(tǒng)需要多少種跳頻點，就需要制作多少個濾波器單元，每一個濾波器單元獨立調(diào)試。多組濾波器單元，元件數(shù)量多、體積大、調(diào)試難度大。一般8組以上的系統(tǒng)需求，多組濾波器組合的大體積就麻煩了。
多組濾波器組裝在一個距離很近的空間，在射頻或更高頻段，必然會引起相互干擾。就是說濾波器不僅受接通單元集中參數(shù)和分布參數(shù)的影響，還受相鄰單元的分布參數(shù)影響，往往一個濾波器單元調(diào)整好了，相鄰的單元又不正常。這對濾波器的設計與調(diào)試難度，單元組合式濾波器組占用空間提出很高要求，很難在現(xiàn)代跳頻通訊中應用。
因此這種設計結(jié)構(gòu)方案，在小單元數(shù)量的跳頻濾波器設計中是廣泛采用的，但多達250個以上跳頻點的跳頻通訊系統(tǒng)中是無法實施的。
2．2 可變參數(shù)器件式濾波器方案
可變參數(shù)器件式濾波器的方案如圖3，方案的關鍵是濾波器內(nèi)部有一個參數(shù)可控的器件。同樣，數(shù)字調(diào)諧的“控制碼”通過“控制器”控制這個器件，例如通過控制壓控元件、變?nèi)荻O管的參數(shù)，改變了濾波器的整體參數(shù)，從而改變?yōu)V波器的中心頻率，達到數(shù)字調(diào)諧選頻濾波的目的。

可變參數(shù)器件式濾波器方案的優(yōu)點在于電路體積可以制作得很小，電路調(diào)試也比較方便，因此，配合了鎖相和數(shù)字存儲技術，在民用領域得到完善和發(fā)展，彩電的電調(diào)諧調(diào)臺器等就是一個很成功范例。
可變參數(shù)器件式濾波器方案的缺點在于：“參數(shù)可變”器件線性一般都不好，可控范圍較小，通過分段調(diào)諧方法可以改善；此類器件主動控制的精度都較差，雖可通過鎖相等技術得到彌補，但鎖相頻率和速度都較低，受到鎖相頻率和速度的局限，可變參數(shù)器件式濾波器很難在需要高頻跳頻領域采用；一般這種器件溫度特性較差，無法使濾波器的電性能延展到軍用溫度范圍；受控的器件功率容量都較小，無法通過功率信號，適合作為信號處理，而不適合發(fā)射、接收機中使用。因此可變參數(shù)器件式濾波器很難在軍用跳頻通訊中應用。
2．3 數(shù)字式濾波器方案
數(shù)字式濾波器原理框圖如圖4所示，其方案基于數(shù)字信號處理，把輸入模擬信號首先經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號，再通過微處理器的FFT(快速傅里葉變換)和IFFT(快速傅里葉逆變換)等變換，進行濾波器函數(shù)算法處理數(shù)據(jù)，最后把處理好的信號通過D／A轉(zhuǎn)換輸出。

數(shù)字式濾波器方案的優(yōu)點：依靠微處理器可以使用非常復雜的算法，設計合適程序，實際可完成的功能可以遠遠不止濾波要求，甚至可以實現(xiàn)各種信號分析、識別工作。軟件處理方式靈活，處理精度高這是該方案的優(yōu)勢，也是未來所有信號處理領域的發(fā)展趨勢。
但是，這種方案缺點是：基于信號處理，功率容量小，無法通過功率信號傳輸；依賴于微處理器和A／D，D／A轉(zhuǎn)換的速度，目前處理速度慢，只能適合處理幾百kHz以下的信號；信號只能單向傳輸。
此外，數(shù)字式濾波器還有一類分支――可編程濾波器。MAXIM公司出品了單芯片可編程濾波器MAX264，該器件內(nèi)部集成了濾波器所需的電阻、電容，無需外接器件，且其中心頻率、Q值及工作模式都可通過引腳編程設置進行控制。MAX264可工作于帶通、低通、高通、帶陷或是全通模式下，其通帶截止頻率可達140 kHz；可以完成簡易的數(shù)控調(diào)諧功能，但其可控點非常少，最高工作頻率較低，溫度特性也較差，遠遠不能滿足現(xiàn)在工作在射頻范疇的跳頻電臺要求，頻率差距有3～4個數(shù)量級。也有人用“可編程邏輯器件(FPGA)”或“專用集成電路(ASIC)”做出相關產(chǎn)品，其所稱“高頻”也只能達到1 MHz，對于軍用通訊的要求也相差幾個數(shù)量級。單芯片的可編程濾波器是發(fā)展的方向，幾個數(shù)量級的差距至少需要十年以上時間的技術發(fā)展才能跟上。