常用二階IIR濾波系統的計算


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IIR濾波器是無限沖擊響應濾波器,
其優點:
      1. 采用模擬原型濾波的標准設計,容易理解。
      2. 可以用低階設計實現,並且可以高速運行
      3.  對於相同公差設計方案,其階數比FIR短。
      4.  可以采用閉環設計
其缺點:
      1. 非線性相位
      2. 可能會出現極限環
      3. 多頻道設計困難,只能設計低通、高通和帶通
      4. 反饋會引入不穩定

      5. 非常難得到高速流水線設計 

 

IIR濾波器可以模擬4類原型濾波器:ButterWorth、ChebyShevI、ChebyShevII、橢圓 。
典型的二階濾波器函數公式:
     H(Z)=(b0+b1*Z^-1+b2*Z^-2)/(a0+a1*Z^-1+a2*Z^-2);
典型理想IIR輸出公式:
    Y(n)={b0x(n)+b1x(n-1)+...+bmx(n-m)}-{a1x(n-1)+a2x(n-2)+...+amx(n-m)}
對於二階IIR濾波器,輸出公式

   Y(n)=b0xn+b1xn-1+b2xn-2-(a1xn-1+a2xn-2)   式1 

式1中a1,a2,b0,b1,b2是二階濾波器IIR系數,其決定濾波器的頻響應曲線以及增益。如何求a0,a1,a2,b0,b1,b2?
對於一個二階IIR濾波器,標准的技術指標如下:
       1. 中心頻率f0;
       2. 采樣頻率fs;
       3. 增益db;
       4. 品質因數;

根據上面技術指標,可以確定二階IIR濾波的低通,帶通或高通的系數 

根據上面的技術指標,可以確定以下幾個通用計算量:
      A=sqrt[10^(db/20)];
      Omega=2*Pi*f0/fs;
      sin=sin(omega);
      cons=cos(omega);
      alpha=sin(2*Q);
所以二階IIR高通濾波器系數的計算:
      b0=(1+cos)/2;
      b1=-(1+cos);
      b2=(1+cos)/2;
      a0=1+alpha;
      a2=1-alpha;
    二階IIR低通濾波器系數的計算:
      b0=(1-cos)/2;
      b1=1-cos;
      b2=(1-cos)/2;
      a0=1+alpha;
      a1=-2*cos;
      a2=1-alpha;
   二階IIR帶通濾波器的系數的計算:
      b0=sin/2=Q*alhpa;
      b1=0;
      b2=-sin/2=-Q*alpha;
      a0=1+alpha;
      a1=-2*cos;

      a2=1-alpha; 


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