经典滤波器与现代滤波器
经典滤波器就是我们熟知的FIR和IIR,经典滤波器要求对输入信号的频率范围已知,从功能上可划分为:
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低通滤波器(LPF)
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高通滤波器(HPF)
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带通滤波器(BPF)
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带阻滤波器(BSF)
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陷波滤波器(Notch Filter)
上面的图示是滤波器的增益曲线(Gain Curve).
现代滤波器适用于输入信号中含有混叠干扰频率,常见的包括:
对于现代滤波器,有时间要一个个进行研究。
数字滤波器的技术指标
滤波器的技术指标通常是以频率响应的幅值特性(或者说上面提到的增益曲线)来表征,IIR很难实现线性相位,因此一般不考虑相位特性,若要求相位特性,则可使用FIR设计。
滤波器设计指标定义图
在以上的指标中,往往使用衰减指标,滤波器衰减是指信号经过滤波器后信号强度的减少,专指信号功率幅度损失,等于20*log(输出功率/输入功率,单位为分贝(dB).
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通带衰减
由图可知,越小滤波器性能越好,即越小越好。
由图可知,越小滤波器性能越好,即越大越好。
若在处幅值H=0.707时,=3dB,则称为3dB截止频率。我们常说的带宽就是指3dB点间的频率宽度。
滤波器设计中的其它概念:
滤波器中心频率是指一个滤波器高低3dB频率间的中心频率,该中心频率可以是高低3dB频率的几何平均数或算术平均数。
算术平均数
几何平均数
品质因数通常是用来衡量电感或电容品质的参数,等于相应的电抗与电阻之比。在带通滤波器中,负载Q(Loaded Q)等于该带通滤波器的中心频率 与3dB带宽之比。
滤波器衰减纹波示意图
滤波器通带纹波是指在通带内衰减的波浪状变化,见上述滤波器衰减纹波释义图。滤波器产生的原因之一是由于负债不匹配。
- 反射损耗(Return/Reflection Loss)
滤波器反射损耗是指滤波器由于所接负载不匹配,由滤波器输出端反射回输入端的能量。滤波器反射损耗可用驻波比(VSWR)来定义,单位为分贝。 理想情况下,滤波器所接负载匹配即驻波比(VSWR)等于1,此时反射损耗为负无穷大分贝。
反射损耗的概念在射频电子电路设计中非常常见。
- 相对衰减(Relative Attenuation)
滤波器相对衰减指的是相对于零分贝,滤波器所产生的最小衰减。见上述滤波器衰减纹波释义图。
滤波器的实现
滤波器的实现即可以通过软件,也可以通过硬件实现。RC电路就是一种最简单的无源滤波器,通过改变RC电路结构能实现从低通到高通的一系列滤波器,使用FPGA设计滤波器也是一种常见的选择。软件上,通过在DSP或ARM上使用C或汇编编程也可实现FIR或IIR等滤波器。
参考
[1]滤波器设计(Filter Design)
[2] 北京科技大学大学数字信号处理课程课件
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