编辑: JZS133 2019-07-07

FIR 滤波器冲激响应只能延续一定时间.其中FIR 滤波器很容易实现严格的线性相位,使信号经过处理后不产生相位失真,舍入误差小,稳定等优点.能够设计具有优良特性的多带通滤波器、微分器和希尔伯特变换器,所以在数字系统、多媒体系统中获得极其广泛的应用.FIR数字滤波器的设计方法有多种,如窗函数设计法、最优化设计和频率取样法等等.而随着MATLAB 软件尤其是MATLAB 的信号处理工具箱和Simulink 仿真工具的不断完善,不仅数字滤波器的计算机辅助设计有了可能,而且还可以使设计达到最优化. 采用FIR 滤波器可以有效地对数字信号进行各种期望的处理.例如, 一个采集的实际信号, 希望从中提取不同频率的信号分量;

或者采集的实际信号含有噪声分量, 需要滤除噪声等.上述对数字信号的处理可以通过使用不同的滤波器来实现. 在设计FIR滤波器时,往往会指定过渡带大小,但过渡带的引入只是为了便于滤波器的设计,而并不是物理上的需要,所以在设计中仅需指定截至频率.这是第一个设计理念.此外,在FIR滤波器的设计中存在两种准则:一是等波纹设计准则(即最大误差最小化或者Chebyshev准则),另一种是平方误差最小准则.但在现实中两种准则往往要同时兼顾,所以仅基于其中一种准则来设计不能得到最佳结果.这是第二个设计理念.基于上述两种设计理念,提出了一种新的FIR滤波器设计算法.该算法采用最陡梯度下降法来对平方误差最小化下的最佳滤波器系数进行迭代修正,得到最佳结果. FIR 滤波器具有以下优点:

1、具有严格的线性相位, 同时又具有任意的幅度特性, 因此满足要求信道具有线性相位特性的图像处理以及数据传输.

2、FIR 滤波器的单位抽样响应是有限长的, 因而滤波器一定是稳定的.

3、FIR 滤波器由于单位冲激响应是有限长的, 因而可以用快速傅立叶变换( FFT) 算法来实现过滤信号, 从而可大大提高运算效率. FIR 滤波器的缺点: 对于相同的设计指标, FIR 滤波器所要求的阶数比IIR 滤波器要高, 信号的延迟偏大. 1.1.2 课题研究的现实意义 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器.在近代电信设备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛;

在所有的电子部件中,使用最多,技术最为复杂的要算滤波器了.滤波器的优劣直接决定产品的优劣,所以,对滤波器的研究和生产历来为各国所重视. 滤波器有各种不同的分类,一般有如下几种. (1)按处理信号类型分类 ---按处理信号类型分类,可分为模拟滤波器和离散滤波器两大类.其中模拟滤波器又可分为有源、无源、异类三个分类;

离散滤波器又可分为数字、取样模拟、混合三个分类.当然,每个分类又可继续分下去,总之,它们的分类可以形成一个树形结构,如图所示. ---实际上有些滤波器很难归于哪一类,例如开关电容滤波器既可属于取样模拟滤波器,又可属于混合滤波器,还可属于有源滤波器.因此,我们不必苛求这种 精确 分类,只是让人们了解滤波器的大体类型,有个总体概念就行了. (2)按选择物理量分类 ---按选择物理量分类,滤波器可分为频率选择、幅度选择、时间选择(例如PCM制中的话路信号)和信息选择(例如匹配滤波器)等四类滤波器. (3)按频率通带范围分类 ---按频率通带范围分类,滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通五个类别,而梳形滤波器属于带通和带阻滤波器,因为它有周期性的通带和阻带. 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国内研究现状 在我国,1978年有的导师和在校研究生开始进行滤波器这项研究工作,真正引起人们重视是1980年以后.1983年清华大学已制成单片SCF,成都工程学院与工厂联合,也研制成单片SCF.现在关键是用MOS工艺实现SCF及推广应用问题,由于用户还不了解它,在我国SCF的应用还没有普及. 但到目前为止---SCF还有许多课题有待研究:①由于运放和控制MOS开关的采样频率所限制,使得SCF只能在音频范围内应用.近年虽然出现无运放的SC电路,但由于采样频率的限制,工作频率最高只有在1MHz之内.②非的MOS开关的沟道电阻以及非理想的运放特性,均可使SCF造成误差.③开关电容本身的寄生电容使SCF的频响发生畸变.④MOS开关与MOS运放的热噪声使SCF的动态范围受到限制.⑤最终要以MOS工艺来实现的SCF,由于它是时变网络,要想用分立元件精确模拟是不可能的,这样,设计完善的CAD技术是解决这一问题的唯一手段.此外,在灵敏度分析、噪声分析等方面均有许多课题有待研究. 1.2.2 国外研究现状 1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器,次年导致了美国第一个多路复用系统的出现.20世纪50年代无源滤波器日趋成熟.自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展,滤波器发展上了一个新台阶,并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力,其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向.导致RC有源滤波器 、FIR滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展,到70年代后期,上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用.80年代,致力于各类新型滤波器的研究,努力提高性能并逐渐扩大应用范围.90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制.当然,对滤波器本身的研究仍在不断进行. 1965年单片集成运算放大器问世后,为有源滤波器开辟了广阔的前景.70年代初期,有源滤波器发展引人注目,1978年单片RC有源滤波器问世,为滤波器集成迈进了可喜的一步.由于运放的增益和相移均为频率的函数,这就限制了RC有源滤波器的频率范围,一般工作频率为20kHz左右,经过补偿后,工作频率也限制在100kHz以内.1974年产生了更高频的RC有源滤波器,使工作频率可达GB/4(GB为运放增益与带宽之积).由于R的存在,给集成工艺造成困难,于是又出现了有源C滤波器:就是滤波器由C和运放组成.这样容易集成,更重要的是提高了滤波器的精度,因为有源C滤波器的性能只取决于电容之比,与电容绝对值无关.但它有一个主要问题:由于各支路元件均为电容,所以运放没有直流反馈通道,使稳定性成为难题.1982年由Geiger、Allen和Ngo提出用连续的开关电阻(SR)去替代有源RC滤波器中的电阻R,就构成了SRC滤波器,它仍属于模拟滤波器.但由于采用预置电路和复杂的相位时钟,使这种滤波器发展前途不大. 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;

下载(注:源文件不在本站服务器,都将跳转到源网站下载)
备用下载
发帖评论
相关话题
发布一个新话题