时域测量的高斯响应低通滤波器

　　图2 几种重要上升时间滤波的时间/频率特性

图2的G-10采用高斯低通滤波器设计中最通用的10阶L-C型电路，它非常接近无限阶的理论值。为了使高斯低通滤波器更适合高速频率响应，特别是测量链路的阻抗匹配条件，PSPL公司还在高斯低通滤波器设计的基础上，根据实践经验作了修正，将9阶高斯低通滤波器的阻抗匹配达到最佳，图2中用PS-9表示。

众所周知，除高斯滤波器之外，滤波器的品种很多，各有特点，各有用场，例如贝赛尔、巴特沃思、切比雪夫等，它们分别具有最平滑延迟、最平滑幅值、等幅值起伏的不同特征。图2的BT-4就是4阶的修正贝赛尔低通滤波器，它的频率特性和阶跃特性都与高斯低通滤波器G-10的接近。

　　低通高斯响应滤波器的实现

在时域—频域变换过程中滤波器居于关键的元件，无论低通、带通、高通滤波器都有多种不同的运算方法和实现方法。上文提及的高斯、贝赛尔、巴特沃思和切比雪夫滤波器等等，都是电子测量常用的著名成果。至于实现方法则有基于运算、无源元件、有源元件的硬件法，以及基于逻辑运算的软件法。

当前，测量仪器使用最多的还是硬件滤波器，特别是无源元件构成的滤波器，由集中或分布参数R、C、L多级级联的硬件滤波器的带宽可达到10GHz以上。由运算放大器和R、C、L反馈回路构成的有源滤波器，受到运算放大器频率响应不够宽的限制，有源滤波器的带宽只达到10MHz以下的音/视频。软件滤波器只能应用在模拟/数字转换后的输入信号，由数字信号处理器执行。根据时域—频域傅里叶变换获得的频谱，如果不符合高斯响应的频谱时，利用数字运算程序，不难将较低的频率分量提升，将较高的频率分量压缩，获得“标称”化的高斯响应波形。这种软件滤波器广泛应用在数字示波器和频谱分析仪的后段数字处理。它们属于虚拟滤波器，不适用作为输入前端的硬件低通滤波器使用。

低通上升时间滤波器的原理并不复杂，但在制作上需要实践经验。在国外硬件滤波器由专业公司生产，作为精密元件供应，甚至测量仪器公司都向用户推荐它们的产品。在这类专业产品供应商中最具代表性的当属皮秒脉冲实验室公司(PSPL)，它生产的各类滤波器获得美国标准技术研究所的认证。PSPL公司高斯响应的低通滤波器产品的时域特性如表1所示。

　　表1 高斯响应低通滤波器的时域特性

一种截止频率10GHz的阻抗匹配型高斯响应低通滤波器如图3所示，图3a是外形，图3b是英制的机械尺寸。

　　图3 一种10GHz的高斯低通滤波器