濾波器的主要參數(shù)

主要分類

按所處理的信號(hào)分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。按所通過(guò)信號(hào)的頻段分為低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器五種。低通濾波器：它允許信號(hào)中的低頻或直流分量通過(guò)，抑制高頻分量或干擾和噪聲；高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，抑制低頻或直流分量；帶通濾波器：它允許一定頻段的信號(hào)通過(guò)，抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲；帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)，又稱為陷波濾波器。 [1] 全通濾波器：全通濾波器是指在全頻帶范圍內(nèi)，信號(hào)的幅值不會(huì)改變，也就是全頻帶內(nèi)幅值增益恒等于1。一般全通濾波器用于移相，也就是說(shuō)，對(duì)輸入信號(hào)的相位進(jìn)行改變，理想情況是相移與頻率成正比，相當(dāng)于一個(gè)時(shí)間系統(tǒng)。

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數(shù)字濾波器的對(duì)比

數(shù)字濾波器現(xiàn)在主要有兩種，一種是IIR，我們稱之為無(wú)限的沖激響應(yīng)濾波器，另外一種是FIR，這種濾波器是與IIR相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)是有限的沖激響應(yīng)濾波器。兩個(gè)系統(tǒng)都是有各自的特點(diǎn)的，F(xiàn)IR的濾波器是沒(méi)有閉環(huán)的反饋的環(huán)路信號(hào)，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)比較嚴(yán)格的線性方程的相位的計(jì)算，一般情況下相位的要求不嚴(yán)格一 般不會(huì)使用這個(gè)濾波器，相反的話，會(huì)采用這種濾波器。當(dāng)然在很多的場(chǎng)景下面，我們要對(duì)信號(hào)進(jìn)行一些實(shí)時(shí)的處理，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)數(shù)據(jù)越來(lái)越多的情況下，我們對(duì)硬件的性能要求就越來(lái)越高，市面上很多的單片機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿足我們實(shí)際的功能需求，一般的8位的16位的乃至32位的單片機(jī)以及ARM芯片已經(jīng)不能在對(duì)算法進(jìn)行支撐，由于專門(mén)為數(shù)字處理設(shè)計(jì)的DSP控制器的出現(xiàn)，提高了我們?yōu)V波器的效率，DSP很多情況下可以使用多組總線的方式，并行處理多組實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，獨(dú)立的一些算法器充分的使用大大提高了我們?yōu)V波器的效率。對(duì)于硬件上的短板完全可以由DSP的芯片進(jìn)行彌補(bǔ)，做到對(duì)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理與計(jì)算。DSP與普通的微處理器相比有很大的數(shù)字信號(hào)的處理優(yōu)勢(shì)，他是單片機(jī)以及ARM的繼承，為信號(hào)處理做了一些局部的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，大大的增強(qiáng)了數(shù)字處理的能力，它有特定的數(shù)據(jù)流程格式、有特定的算法器，有特殊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為解決復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)的處理提供了很多優(yōu)越的條件和基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)DSP的編程可以實(shí)現(xiàn)IIR濾波器。 FIR濾波器實(shí)際上有一定的缺陷，這類系統(tǒng)只有零點(diǎn)，它不會(huì)跟IIR系統(tǒng)的那樣容易獲取比較好衰減的特性，但是也有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。他是通過(guò)非硬件電路實(shí)現(xiàn)的，相比硬件電路實(shí)現(xiàn)濾波器主要優(yōu)點(diǎn)有很多，例如，效率很高、有極點(diǎn)、有反饋等。

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常見(jiàn)錯(cuò)誤

分析設(shè)備超標(biāo)的原因，不外乎以下兩個(gè)方面：

1)設(shè)備產(chǎn)生的騷擾太強(qiáng);2)設(shè)備的濾波不足。

對(duì)于種情況，我們可以通過(guò)在騷擾源處采取措施，降低騷擾的強(qiáng)度，或者增加電源濾波器的階數(shù)，提高濾波器對(duì)騷擾的抑制能力來(lái)解決。對(duì)于第二種情況，除了濾波器自身性能不好以外，濾波器的安裝方式對(duì)它的性能影響很大。這一點(diǎn)往往是被設(shè)計(jì)工程師忽視的。在很多測(cè)試中，我們通過(guò)更改濾波器的安裝方式就能使設(shè)備順利通過(guò)測(cè)試。下面是一些常見(jiàn)的濾波器錯(cuò)誤安裝方式對(duì)濾波器性能影響的實(shí)例。

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低通濾波器實(shí)例

理想與實(shí)際濾波器一個(gè)理想的低通濾波器能夠完全剔除高于截止頻率的所有頻率信號(hào)并且低于截止頻率的信號(hào)可以不受影響地通過(guò)。實(shí)際上的轉(zhuǎn)換區(qū)域也不再存在。一個(gè)理想的低通濾波器可以用數(shù)學(xué)的方法（理論上）在頻域中用信號(hào)乘以矩形函數(shù)得到，作為具有同樣效果的方法，也可以在時(shí)域與sinc函數(shù)作卷積得到。然而，這樣一個(gè)濾波器對(duì)于實(shí)際真正的信號(hào)來(lái)說(shuō)是不可實(shí)現(xiàn)的，這是因?yàn)閟inc函數(shù)是一個(gè)延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)處的函數(shù)（extends to infinity），所以這樣的濾波器為了執(zhí)行卷積就需要預(yù)測(cè)未來(lái)并且需要有過(guò)去所有的數(shù)據(jù)。對(duì)于預(yù)先錄制好的數(shù)字信號(hào)（在信號(hào)的后邊補(bǔ)零，并使得由此產(chǎn)生的濾波后的誤差小于量化誤差）或者無(wú)限循環(huán)周期信號(hào)來(lái)說(shuō)這是可實(shí)現(xiàn)的。實(shí)時(shí)應(yīng)用中的實(shí)際濾波器通過(guò)將信號(hào)一小段時(shí)間讓它們能夠“看到”未來(lái)的一小部分來(lái)近似地實(shí)現(xiàn)理想濾波器，這已為相移所證明。近似精度越高所需要的越長(zhǎng)。采樣定理描述了如何使用一個(gè)完善的低通濾波器和奈奎斯特-香農(nóng)插值公式從數(shù)字信號(hào)采樣重建連續(xù)信號(hào)。實(shí)際的數(shù)模轉(zhuǎn)換器都是使用近似濾波器。

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