數(shù)字濾波器與模擬濾波器設(shè)計(jì)比較要點(diǎn)

目錄TOC\o"1-3"\h\u20379摘要 =1\*ROMANI17698ABSTRACT =2\*ROMANII21981緒論 1105121.1濾波器的應(yīng)用 1169791.2濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 125351模擬濾波器設(shè)計(jì) 3222112.1低通濾波器設(shè)計(jì) 3292682.1.1巴特沃思型低通濾波器設(shè)計(jì) 3122022.1.2切比雪夫型低通濾波器設(shè)計(jì) 5137752.2高通濾波器設(shè)計(jì) 8101232.2.1巴特沃思型高通濾波器設(shè)計(jì) 879952.3帶通濾波器設(shè)計(jì) 10194252.3.1切比雪夫型帶通濾波器設(shè)計(jì) 1336512.4帶阻濾波器設(shè)計(jì) 1517642.4.1巴特沃思型帶阻濾波器設(shè)計(jì) 16320095數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) II型兩種，待設(shè)計(jì)濾波器的中心頻率為。于是，帶阻濾波器的各電路元件值可以通過(guò)下面的公式計(jì)算得出。(2-43)(2-44)(2-45)(2-46)(2-47)(2-48)最終所設(shè)計(jì)出線性坐標(biāo)中心頻率為500MHz、帶寬為190MHz、特征阻抗為50的五階巴特沃思型帶阻濾波器，電路如圖2-24所示。 圖2-23高通濾波器圖2-24五階巴特沃思帶阻濾波器巴特沃思型帶阻濾波器的仿真圖如下：圖2-25巴特沃思型帶阻濾波器的仿真3數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)3.1數(shù)字濾波器概述數(shù)字濾波器指輸入和輸出都是離散時(shí)間信號(hào)，通過(guò)數(shù)值計(jì)算處理來(lái)改變包含在輸入信號(hào)中頻率成分的相對(duì)比例，或過(guò)濾掉一些數(shù)字化設(shè)備或程序的頻率成分。數(shù)字濾波和模擬濾波的表述是一樣的，只是完成濾波的方法相差較大。數(shù)字濾波器是借助完成數(shù)值計(jì)算以達(dá)到濾波的目的，因此測(cè)量精度高的數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定，體積小，重量輕，靈活，不存在阻抗匹配的優(yōu)勢(shì)。此外，數(shù)字濾波器還可以實(shí)現(xiàn)特殊濾波作用而模擬濾波器則是幾乎很難完成的。數(shù)字濾波器能夠采用微分方程，單位采樣響應(yīng)和系統(tǒng)函數(shù)等其他許多方式表述。當(dāng)實(shí)施濾波器研發(fā)時(shí)，最直接的是用一個(gè)框圖表示。3.1.1數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)我們可以利用系統(tǒng)函數(shù)的方法表達(dá)不隨時(shí)間變化的數(shù)字濾波器，在實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)函數(shù)的功能表示中，可以使用的方法有兩種：一種方法是使用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，另一種方法是使用乘法器，延遲元件和加法器設(shè)計(jì)一個(gè)專用的數(shù)字硬件系統(tǒng)。對(duì)于用軟件或硬件來(lái)完成的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)濾波器的過(guò)程中通過(guò)在同一個(gè)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)可以做出很多不同的操作。用無(wú)限精度系數(shù)和變量不同的結(jié)構(gòu)可以是等同的，它與輸出輸入特性沒(méi)有太大的聯(lián)系。然而當(dāng)系數(shù)與可變精度在一定范圍內(nèi)時(shí)，不同的結(jié)構(gòu)性能可能會(huì)呈現(xiàn)較大的區(qū)別。所以，對(duì)于離散時(shí)間系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式需要有一定的了解。IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以表示成下式： (3-1) 用來(lái)表達(dá)系統(tǒng)輸出和輸入之間關(guān)系的不變系數(shù)線性差分方程，我們可以由上面的系統(tǒng)函數(shù)獲得： (3-2)由此可知，輸入序列x(n)按照相關(guān)操作到輸出序列y(n)就是數(shù)字濾波器所起的作用。不同的處理策略可能會(huì)使濾波器在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上有所差異。無(wú)限長(zhǎng)脈沖沖激響應(yīng)濾波器具有連續(xù)的單位取樣響應(yīng)h(n)，式（3-2）是上面差分方程所示的遞歸式，即該結(jié)構(gòu)具有從輸出反饋到輸入的信號(hào)。系統(tǒng)函數(shù)如式（3-1），由此知在z平面有限區(qū)間存在極點(diǎn)。由前面的敘述中知一個(gè)線性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)函數(shù)如果已經(jīng)給出，則可以有許多差異很大且作用相似的差分方程和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因?yàn)槌朔ㄓ?jì)算比較占用時(shí)間，所以選用比較少分支的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)乘法器和最小延遲是一種常見(jiàn)的選擇，這樣就能夠提高計(jì)算速度和減少內(nèi)存。但是，當(dāng)寄存器長(zhǎng)度的干擾不能忽視時(shí)，選用的差分方程結(jié)構(gòu)中的乘法器與延遲單元并不一定是最少的。IIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)有：(1)IIR濾波器的直接型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)如能夠消除近半數(shù)的延遲線，寄存器和存儲(chǔ)單元的布置將會(huì)減少很多。但是同直接I型一樣它也有許多不足之處。為了得到高階系統(tǒng)，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中上面的兩種情況很少使用，而是用許多組合不同的低階系統(tǒng)來(lái)組合設(shè)計(jì)高階系統(tǒng)。(2)IIR濾波器的級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也有許多優(yōu)點(diǎn)如系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，若要實(shí)現(xiàn)一個(gè)二階系統(tǒng)只要轉(zhuǎn)換一下輸入系數(shù)就能得到。其次是它有比較快的運(yùn)算速度并且極點(diǎn)位置可以單獨(dú)調(diào)整。最后是多個(gè)二階網(wǎng)絡(luò)之間的誤差干擾不大，對(duì)字長(zhǎng)沒(méi)有太高的要求且總體誤差不大。但該結(jié)構(gòu)也有一些不足之處如零點(diǎn)不可以直接調(diào)整。(3)IIR濾波器的并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是要完成整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)只需一個(gè)二階節(jié)利用系數(shù)變換就能得到。其次是可以單一操作調(diào)整零極點(diǎn)。調(diào)整α1i、α2i只是對(duì)第i對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行單一變換，調(diào)整β1i、β2i則是對(duì)第i對(duì)極點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。還有就是各二階零極點(diǎn)的組合能夠交換位置，并且可以用優(yōu)化組合的方式以使運(yùn)算誤差變小。最后一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是可進(jìn)行流水線操作。但是它也有一些缺點(diǎn)比如二階階電平難以控制，電平較小會(huì)使信噪比也變小，如果電平過(guò)大則容易導(dǎo)致溢出。 a直接型b并聯(lián)型c串聯(lián)型圖3-1IIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)FIR濾波器的單位取樣響應(yīng)長(zhǎng)度是有一定范圍的，通常完成設(shè)計(jì)的方式是采用非遞歸結(jié)構(gòu)形式。FIR數(shù)字濾波器一種是直接型，另一種是級(jí)聯(lián)型。FIR濾波器實(shí)現(xiàn)基本結(jié)構(gòu)有：(1)FIR濾波器的直接型結(jié)構(gòu)可以用下式的差分方程來(lái)表達(dá)輸出和輸入之間的聯(lián)系：

(3-3)

由上述差分方程獲得的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形式如圖3-2所示：圖3-2直接型如果是具有線性相位的有限長(zhǎng)單位脈沖沖激濾波器，則就能夠?qū)χ苯有徒Y(jié)構(gòu)移除冗余成分，下面分情況討論：圖3-3N為奇數(shù)FIR濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 圖3-4N為偶數(shù)FIR濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)(2)FIR濾波器的級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)拆分函數(shù)H(z)使其乘積描述具有實(shí)系數(shù)二階因子： (3-4)

可以借助二階的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)來(lái)獲得有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器（FIR），也可借助直接型結(jié)構(gòu)完成各個(gè)二階節(jié)的設(shè)計(jì)。如圖所示：圖3-5FIR濾波器的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)由于上圖中的結(jié)構(gòu)每一節(jié)能夠?qū)σ浑p零點(diǎn)進(jìn)行操作，因次可通過(guò)借助圖中的結(jié)構(gòu)來(lái)操作零點(diǎn)傳輸。3.1.2數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理按照數(shù)字濾波器的沖激函數(shù)在時(shí)域中表現(xiàn)的特性，可將數(shù)字濾波器分為無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器。無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器具有不斷延續(xù)的時(shí)間沖激響應(yīng)特性。有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器在沖激響應(yīng)的時(shí)間上只可以維持很短過(guò)程，在工程實(shí)踐中即能夠借助遞歸結(jié)構(gòu)也能夠借助非遞歸結(jié)構(gòu)來(lái)完成設(shè)計(jì)。數(shù)字濾波器有雙線性變換法，窗函數(shù)設(shè)計(jì)法等各種設(shè)計(jì)手段。下面是設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器要遵循的操作流程：(1)確定指標(biāo)當(dāng)要對(duì)濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)項(xiàng)目中的要求確定技術(shù)規(guī)格。在實(shí)踐中，數(shù)字濾波器通常被用來(lái)獲得一個(gè)選定的頻率操作。因此，在頻域中幅度和相位響應(yīng)就是一般形式的指標(biāo)。在幅度上給出了兩個(gè)主要方面，首先是一個(gè)絕對(duì)指標(biāo)，另一方面就是一個(gè)相對(duì)指標(biāo)，它要求是以分貝形式表述。(2)逼近當(dāng)技術(shù)參數(shù)得到確認(rèn)以后，數(shù)字濾波器的模型便可以創(chuàng)建了。理想數(shù)字濾波器模型被使用后，借助設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的手段設(shè)計(jì)濾波器模型來(lái)逼近給定的目標(biāo)。(3)性能分析和計(jì)算機(jī)仿真濾波器可以使用差分方程描述，也可以利用系統(tǒng)函數(shù)和沖激響應(yīng)來(lái)描述，上面所說(shuō)的濾波器就是用前面的幾種方式描述的。在分析濾波器的頻率特性和相位特性時(shí)，可以借助前面的描述?？梢杂糜?jì)算機(jī)仿真來(lái)獲得待設(shè)計(jì)濾波器，然后根據(jù)濾波的數(shù)據(jù)來(lái)選擇。3.2有限沖激響應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器擁有能夠參考模擬濾波器設(shè)計(jì)結(jié)果的優(yōu)越之處，但是也有非線性相位的不足之處。如果借助全通網(wǎng)絡(luò)對(duì)濾波器實(shí)施校正，則能夠?qū)崿F(xiàn)線性相位。有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器則擁有可簡(jiǎn)單方面實(shí)現(xiàn)線性相位的優(yōu)勢(shì)。FIR濾波器單位沖激響應(yīng)h(n)的特點(diǎn)：FIR濾波器單位沖激響應(yīng)h(n)是有限長(zhǎng)的,有以下系統(tǒng)函數(shù)： (3-5)在有限Z平面有(N-1)個(gè)零點(diǎn)，而它的(N-1)個(gè)極點(diǎn)均位于原點(diǎn)z=0處。有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器線性相位特點(diǎn)：若有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器的h(n)是具有實(shí)數(shù)的單位取樣響應(yīng)，并且符合下面其中的一個(gè)條件：偶對(duì)稱h(n)＝h(N-1-n)

奇對(duì)稱h(n)＝-h(N-1-n)單位沖激響應(yīng)對(duì)稱中心在n＝(N-1)/2位置，那么數(shù)字濾波器可以得到的線性相位便比較精確。窗函數(shù)設(shè)計(jì)法：采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)法時(shí)通常把所期望濾波器的頻率響應(yīng)先給出來(lái)，并通過(guò)引出，通常期望濾波器擁有無(wú)限長(zhǎng)非因果序列的沖激響應(yīng)，但是具有有限長(zhǎng)度單位沖激響應(yīng)的有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)濾波器正是我們要設(shè)計(jì)的，因此要借助長(zhǎng)度有限的序列對(duì)長(zhǎng)度不斷延續(xù)的序列做逼近設(shè)計(jì)，設(shè)： (3-6)使用長(zhǎng)度有限的窗函數(shù)來(lái)獲得是比較常用的手段即： (3-7)上面所說(shuō)的窗函數(shù)便是矩形序列RN(n),按照時(shí)域中是相乘頻域中是卷積的描述有： (3-8)其中,為矩形窗譜,FIR濾波器具有頻域函數(shù)為的頻率響應(yīng)。試設(shè)計(jì)FIR低通濾波器使其具有線性的相位，給定的采樣頻率，阻帶起始頻率，阻帶衰減大于或等于50dB，通帶截止頻率。1.求數(shù)字域頻率通帶截止頻率；阻帶起始頻率阻帶衰減；截止頻率2.獲得理想低通濾波器頻率響應(yīng)3.理想低通濾波器沖激響應(yīng)為滿足線性相位4.確定窗函數(shù)及FIR濾波器長(zhǎng)度N由阻帶衰減，可選漢明窗，其阻帶最小衰減53dB。由漢明窗過(guò)渡帶寬有5.確定FIR濾波器沖激響應(yīng)漢明窗函數(shù)序列則FIR濾波器沖激響應(yīng)為設(shè)計(jì)到此步，便設(shè)計(jì)出了有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，根據(jù)此函數(shù)便可得到最后的設(shè)計(jì)了。FIR數(shù)字濾波器的仿真圖如下：3.3無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)目前借助設(shè)計(jì)模擬濾波器的方法，是進(jìn)行設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器經(jīng)常用到的設(shè)計(jì)手段。當(dāng)下設(shè)計(jì)模擬濾波器的技術(shù)可以說(shuō)相當(dāng)完善了，不僅有供參考比較齊全的圖表，并且還有相當(dāng)完善的供設(shè)計(jì)公式。所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器時(shí)，只要善于使用現(xiàn)有的資源數(shù)據(jù)就能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟如下所示：(1)按照變換后的技術(shù)指標(biāo)對(duì)模擬濾波器進(jìn)行操作。(2)按照相應(yīng)的操作流程把H(s)變換成H(z)。(3)把數(shù)字濾波器的技術(shù)參數(shù)根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)成模擬濾波器的技術(shù)參數(shù)。下面將通過(guò)實(shí)例介紹無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)。模擬濾波器的傳遞函數(shù)Ha(s)已經(jīng)給出即試用脈沖響應(yīng)不變法把Ha(s)設(shè)計(jì)成數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。以部分分式的形式給出Ha(s)：的極點(diǎn)為數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù):對(duì)采樣周期T的使用：按照濾波器最高截止頻率的2倍以上選擇使用，設(shè)T=1s時(shí)用H1(z)表示，T=0.1s時(shí)用H2(z)表示，則截止到此步無(wú)限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)便完成了。IIR數(shù)字濾波器的仿真圖如下：4模擬濾波器與數(shù)字濾波器比較4.1模擬濾波器和數(shù)字濾波器優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)字濾波器一般不會(huì)出現(xiàn)相位偏移，而模擬濾波器則會(huì)有相移。通過(guò)使用可編程邏輯器件能夠很方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。然而只借助可編程器件實(shí)現(xiàn)不了模擬濾波器的設(shè)計(jì)。它的設(shè)計(jì)通?？梢圆捎秒娙荩娮韬碗姼械慕M合來(lái)完成。數(shù)字濾波器的濾波速度相對(duì)來(lái)說(shuō)不是太快，而模擬濾波器有能夠快速濾波的電路，信號(hào)的輸出與輸入幾乎同步。數(shù)字濾波器具有的優(yōu)勢(shì)是其可靠性比較高，精度也不低，能夠通過(guò)編程改變特性，易集成等等。通常模擬濾波器的信號(hào)噪聲比要比數(shù)字濾波器的低一些，這是由于數(shù)字濾波器是通過(guò)數(shù)字設(shè)備來(lái)執(zhí)行操作，因此能夠消除噪聲的干擾如在模擬電路中的電阻熱噪聲。噪聲的主要來(lái)源是數(shù)字濾波器引入到模擬電路和在模擬系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字系統(tǒng)的過(guò)程中在輸入端出現(xiàn)的量化噪聲。在對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的操作處理中也許會(huì)使噪聲增大，因此應(yīng)該使用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)字濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣來(lái)輸入噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響便可以大大減弱。數(shù)字濾波器的可靠性要比模擬濾波器高出很多。模擬濾波器電路中的各個(gè)電子元器件的特性會(huì)由于時(shí)間的改變，溫度和電壓的改變發(fā)生漂移,上述的問(wèn)題在數(shù)字電路中并不會(huì)出現(xiàn)。若要使數(shù)字濾波器以穩(wěn)定和可靠的方式工作，數(shù)字電路就必須在一定的工作環(huán)境之中。數(shù)字濾波器具有精度高，可靠性高，并且數(shù)字濾波器有很強(qiáng)的靈活性，只要把程序參數(shù)稍作修改便能夠獲得濾波器的相應(yīng)性能。另外就是數(shù)字濾波器能夠使一個(gè)計(jì)算機(jī)有多個(gè)信號(hào)被操作處理，并且能夠進(jìn)行分時(shí)復(fù)用，能處理幾赫茲頻率信號(hào)。數(shù)字濾波器可靠性很強(qiáng)，不容易受環(huán)境溫度影響等。但是，如果想要頻域過(guò)渡區(qū)能夠迅速衰減，它必須要有大量的計(jì)算工作。模擬濾波器的優(yōu)點(diǎn)還有就是模擬系統(tǒng)可以在較高的頻率下工作，此頻率在數(shù)字設(shè)備能夠到達(dá)的最高時(shí)鐘頻率之上。其次，有時(shí)模擬解決方案要比數(shù)字解決方案更具成本效益。模擬濾波器在自身優(yōu)越之處的研究?jī)r(jià)值還是很不錯(cuò)的。一般在數(shù)字系統(tǒng)的前面，通常有一結(jié)構(gòu)能夠?qū)ξ⑷跣盘?hào)進(jìn)行預(yù)處理，該結(jié)構(gòu)經(jīng)常借助模擬濾波器完成。一般抽樣量化開始時(shí)，還需要用模擬濾波器進(jìn)行限制處理信號(hào)的最高頻率。4.2模擬濾波器與數(shù)字濾波器比較現(xiàn)在有越來(lái)越多的地方要用到濾波器，現(xiàn)代濾波器與經(jīng)典濾波器則是濾波器的兩種主要類型。而數(shù)字濾波器和模擬濾波器是現(xiàn)在經(jīng)典濾波器著重研究的兩個(gè)對(duì)象，數(shù)字濾波器具有有限脈沖響應(yīng)濾波器和無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器兩種劃分。數(shù)字濾波器是現(xiàn)代研究與發(fā)展不可或缺的重要因素，最重要的因素是與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器呈現(xiàn)出下述的眾多優(yōu)勢(shì)：(1)準(zhǔn)確度：對(duì)于17位字長(zhǎng)的數(shù)字系統(tǒng)能夠達(dá)到比較高的精度，這種較高的精度是模擬電路中的元件難以實(shí)現(xiàn)的。所以當(dāng)遇到濾波系統(tǒng)有比較苛刻的精度要求時(shí)，必須使用數(shù)字濾波器來(lái)完成。(2)靈活性大：各自的乘法器系數(shù)決定了數(shù)字濾波器的性能，這些系數(shù)被存儲(chǔ)于系數(shù)存儲(chǔ)器中，一旦存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的系數(shù)發(fā)生變化，便能夠獲得不一樣的系統(tǒng)，但是模擬濾波器的系統(tǒng)特性修改時(shí)就比較麻煩和困難了。(3)高可靠性：由于數(shù)字系統(tǒng)只存在”1“和”0“兩個(gè)不同的電平的信號(hào)，因此不易受噪聲和環(huán)境條件的干擾，通常模擬濾波器的各種參數(shù)容易受溫度，電磁感應(yīng)或振動(dòng)的干擾。通常數(shù)字濾波器都是借助規(guī)模龐大的集成電路，如CPLD或FPGA來(lái)完成設(shè)計(jì)，也可以使用相應(yīng)的相關(guān)處理器。一般而言用分立元件組成的模擬系統(tǒng)要比大規(guī)模的集成電路具有更高的故障率。(4)大規(guī)模集成性：由于數(shù)字部件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于大規(guī)模集成和生產(chǎn)，對(duì)電路參數(shù)沒(méi)有嚴(yán)格要求，產(chǎn)品的產(chǎn)量高，價(jià)格也越來(lái)越低。和模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器的尺寸，重量和性能方面的優(yōu)點(diǎn)也日趨顯著。(5)并行處理：能夠?qū)崿F(xiàn)并行處理是數(shù)字系統(tǒng)的又一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)，例如數(shù)字濾波器可采用DSP處理器來(lái)完成并行處理。TI公司的TMS320C5000系列的DSP芯片采用8條指令并行處理的結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘頻率為l00MHZ的DSP芯片，這時(shí)可高達(dá)800MIPS(即每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令)。有兩種類型的數(shù)字濾波器，它們?cè)谠O(shè)計(jì)方法和性能上都有很大不同。有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器可以進(jìn)行直接設(shè)計(jì)已經(jīng)給出的頻率特性，而對(duì)于無(wú)限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器則要先以設(shè)計(jì)模擬濾波器的方法為基礎(chǔ)，接著設(shè)計(jì)模擬濾波器的指標(biāo)使其符合數(shù)字濾波器的要求。理想的濾波器通常是不能夠?qū)崿F(xiàn)的。究其原因是從一個(gè)頻帶突然變到另一個(gè)頻帶是不可能達(dá)到的。為了物理上的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)有一個(gè)過(guò)度帶設(shè)置在上述的兩個(gè)頻帶之間，并且僅限制1或0在阻帶和通帶之間是不恰當(dāng)?shù)?，?yīng)該留出一定的容限。數(shù)字濾波器的技術(shù)要求中,分別是通帶、阻帶的容限，然而從通帶所容許的最大衰減和阻帶所應(yīng)該具有的最小衰減可以給出濾波器設(shè)計(jì)的詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)。因?yàn)閷?duì)于數(shù)字濾波器通常以代表弧度，事實(shí)上給定的頻率限制通常是頻率，單位為Hz，所以設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器時(shí)抽樣頻率也應(yīng)該被給出。不管是在設(shè)計(jì)IIR濾波器時(shí)或者是設(shè)計(jì)FIR濾波器時(shí)一般包括以下三個(gè)步驟:(1)設(shè)計(jì)函數(shù)H(z)以逼近所需要的技術(shù)指標(biāo);(2)給定待設(shè)計(jì)濾波器的技術(shù)指標(biāo);(3)實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的H(z):一般而言，常常用頻率響應(yīng)的允許誤差來(lái)表征濾波器的性能。在對(duì)濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常分為有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器和無(wú)限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器。就現(xiàn)在而言，在設(shè)計(jì)無(wú)限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器時(shí)采用的設(shè)計(jì)方法要以模擬濾波器為基礎(chǔ)。這是因?yàn)楝F(xiàn)在已存在比較完善的方法來(lái)設(shè)計(jì)模擬濾波器，并且其設(shè)計(jì)公式比較成熟也有相應(yīng)可供查閱的圖表。然而在把已經(jīng)完成的模擬濾波器數(shù)字化時(shí)會(huì)有非線性相移現(xiàn)象。例如，模擬頻率和數(shù)字頻率之間的雙線性變換公式為:(4-1)在式(4-1)中采樣周期為T，且頻率與之間的非線性關(guān)系很突出。由于上述原因，這會(huì)使經(jīng)過(guò)雙線性變換的線性相位模擬濾波器不在具有線性相位，即得到的數(shù)字濾波器也是非線性相位的。這種問(wèn)題在設(shè)計(jì)其他無(wú)限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。在一些波形傳遞系統(tǒng)里（如圖像處理，現(xiàn)在電子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋┩ǔＲ笮盘?hào)傳輸通道要具備線性相位特性。而有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器能夠在自由設(shè)計(jì)濾波器的幅度特時(shí)做到嚴(yán)格準(zhǔn)確的線性線位，在這一層面上它是占有巨大優(yōu)勢(shì)的。結(jié)束語(yǔ)本文介紹了模擬濾波器和數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法和步驟，濾波器有硬件電路簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高的特點(diǎn)，而且它的應(yīng)用非常普遍。對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我有很多感受。經(jīng)過(guò)這一段時(shí)間的努力學(xué)習(xí)感覺(jué)收獲很多，盡管在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)有很多困難。當(dāng)自己快要完成畢業(yè)論文時(shí)感覺(jué)收獲很多，之前的努力也得到了相應(yīng)的回報(bào)心中也感覺(jué)非常高興。另外，在自己做畢業(yè)論文的過(guò)程中，我也發(fā)現(xiàn)了一些不足的地方需要進(jìn)一步提高與改善。數(shù)字濾波器與模擬濾波器設(shè)計(jì)比較是我畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)任務(wù)，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也讓我從遇到的各種困難中學(xué)習(xí)到了許多知識(shí)。我認(rèn)為畢業(yè)設(shè)計(jì)就是把自己在大學(xué)幾年所學(xué)的部分知識(shí)在其中應(yīng)用，也就是把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐之中去，讓自己學(xué)的知識(shí)學(xué)有所用。我們是即將畢業(yè)的大學(xué)生，下一步便要踏入社會(huì)投入到祖國(guó)的建設(shè)之中，我們必須要有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)以解決以后所遇到的各種難題。最后，我們雖然要以比較牢固的專業(yè)知識(shí)為前提條件，但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們要對(duì)自己有信心，要能坐的住，不要害怕困難，要堅(jiān)信自己最后一定能夠出色的完成老師布置的設(shè)計(jì)任務(wù)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中要學(xué)會(huì)主動(dòng)找出問(wèn)題，并通過(guò)查資料或者是通過(guò)其他途徑尋找解決問(wèn)題的方法。其實(shí)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程就是再深入學(xué)習(xí)的過(guò)程，在解決問(wèn)題的同時(shí)也能夠提高自己解決問(wèn)題的能力。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)候我們要學(xué)會(huì)培養(yǎng)獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，來(lái)迎接以后工作中遇到的各種挑戰(zhàn)。參考文獻(xiàn)[1]張登奇,周