FIR濾波器結構和指標


FIR濾波器實際是一個乘累加的運算,切乘累加的次數由濾波器階數決定
結構:
    串行結構:將每級延時單元與相應系數的乘積累加,因此只需要一個乘法器。系統頻率是除數頻率的N倍(N為乘加運算的次數)
    並行結構:將具有對稱系數的輸入數據進行累加,有多個乘法器,占資源大,但運算速度快,系統頻率與數據頻率相同
    分布式結構:將各輸入數據每一對應位產生的運算結果預先進行累加形成相應的部分積 ,然后對各部分積進行累加形成最終結果;而傳統算法則是等到所有成績結果產生之后再進行累加,從而完成整個乘加運算  系統頻率是和數據頻率的M倍(M為數據位寬+1)。因此當數據位寬較小時,濾波器階數較長時,采用分布式結構可以獲得很好的性能。
 
 
 
FIR濾波器指標:
通帶最大衰減:1db      ap=-20log10(1-α1)   a1是matlab程序參數
阻帶最小衰減: 40db    as=-20log10(α2)
采樣率:12.5Mhz
過渡帶:其實也是截止頻率  [2.5*10^6 3*10^6];
濾波器階數:在濾波器的傳遞函數中有幾個極點.階數同時也決定了轉折區的下降速度,一般每增加一階(一個極點),就會增加一20dBDec(一20dB每十倍頻程)。
階數就是指過濾諧波的次數,一般來講,同樣的濾波器,其階數越高,濾波效果就越好,但是,階數越高,成本也就越高,因此,選擇合適的階數是非常重要的。
 
 
 
階數的計算:
這里舉一個選用海明窗函數設計低通濾波器的例子。
低通濾波器的設計要求是:采樣頻率為100Hz,通帶截至頻率為3 Hz,阻帶截止頻率為5 Hz,通帶內最大衰減不高於0.5 dB,阻帶最小衰減不小於50 dB。使用海明窗函數。確定N的步驟有:
1,從上表可查得海明窗的精確過渡帶寬為6.6pi/N;(在有些書中用近似過渡帶來計算,這當然沒有錯,但階數增大了,相應也增加計算量。)
2,本低通濾波器的過渡帶是:
                DeltaW=Ws-Wp=(5-3)*pi/50=.04pi                                       (在MATLAB的濾波器設計中一般都把fs/2歸一為1,而上例中fs=100,fs/2=50,所以用50來歸一)
3,N=6.6pi/DeltaW=6.6pi/.04pi=165
所以濾波器的階數至少是165。在該帖子中是用理想低通濾波器的方法來計算的,這里用fir1函數來計算,相應的程序有
fs=100;             % 采樣頻率
wp = 3*pi/50; ws = 5*pi/50;  deltaw= ws - wp;        % 過渡帶寬Δω的計算
N = ceil(6.6*pi/ deltaw) + 1;    % 按海明窗計算所需的濾波器階數N0
wdham = (hamming(N+1))';        % 海明窗計算
Wn=(3+5)/100;                   % 計算截止頻率
b=fir1(N,Wn,wdham);
[H,w]=freqz(b,1);
db=20*log10(abs(H));
% 畫頻響曲線
plot(w*fs/(2*pi),db);title('幅度響應(單位: dB)');grid
axis([0 50 -100 10]); xlabel('頻率(單位:Hz)'); ylabel('分貝')
set(gca,'XTickMode','manual','XTick',[0,3,5,50])
set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[-50,0])
 
 

 

 


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