雜訊抑制濾波器指南

雜訊對策基礎 [第 3 課] 雜訊濾波器的原理

03/28/2011

雜訊抑制措施的基礎知識＜雜訊濾波器即為低通濾波器＞

上一課（第 2 課）曾說明，數位裝置所面臨的雜訊問題，主要源自數位訊號中的高頻（RF）成分。因此，我們可以理解，透過低通濾波器——這種濾波器允許低頻訊號通過但阻擋高頻訊號——便能去除此類雜訊。
具有低通濾波器功能的電路元件包括電感器（線圈）和電容器。如公式 1 所示，電感器對於低頻分量具有低阻抗（一種類似電阻的特性：阻抗越高，訊號通過就越困難），而對於高頻分量則具有高阻抗。

一級方程式 |Z|=2π・f・L (Z：阻抗，f：頻率，L：電感)

因此，在雜訊路徑中串聯一個電感，會使低頻訊號成分更容易通過，而高頻雜訊成分則更難通過。

另一方面，電容器的特性與電感器恰好相反，對於低頻分量呈現高阻抗，而對於高頻分量則呈現低阻抗。

公式 2 |Z|=1/(2π・f・C) (Z：阻抗，f：頻率，C：靜電電容)

要根據這些特性配置低通濾波器，需在雜訊路徑與接地線之間串接一個電容。在此情況下，低頻訊號成分會原樣通過，但高頻雜訊成分則會流向阻抗較低的接地側，因此不易沿著訊號路徑傳輸。

上述這兩種類型的元件是最基本的低通濾波器，而透過組合這些元件，即可構成性能更佳的低通濾波器。

<濾波元件數量與頻率特性>

圖 3 顯示了構成濾波器的元件數量與濾波器頻率特性之間的關係。插入損耗表示因濾波器而導致的訊號衰減程度，且圖中自上而下，衰減量逐漸增加。圖中顯示，隨著濾波器元件數量的增加，頻率特性的斜率會變得更陡峭。元件數較少的濾波器，其頻率特性斜率較平緩，因此對於應衰減與應通過的頻率，選擇性較低。因此，可能會導致部分訊號被衰減，或無法充分抑制雜訊。相較之下，元件數較多的濾波器具有斜率陡峭的頻率特性，因此具備高頻率選擇性，並能在不顯著衰減訊號的情況下去除雜訊。