幾種特殊濾波器及簡單一二階濾波器的設(shè)計

1、幾種特殊濾波器及簡單一二階濾波器的設(shè)計第一頁，共29頁。Chapter621 1 數(shù)字濾波器的基本概念數(shù)字濾波器的分類數(shù)字濾波器的分類l按單位脈沖響應(yīng)分類按單位脈沖響應(yīng)分類IIRIIR、FIRFIRl按幅度特征分類按幅度特征分類具有理想幅度響應(yīng)的數(shù)具有理想幅度響應(yīng)的數(shù)字濾波器字濾波器l低通、高通、帶通、低通、高通、帶通、帶阻帶阻有界實(shí)傳輸函數(shù)有界實(shí)傳輸函數(shù)無無源，取等號則無損源，取等號則無損全通傳輸函數(shù)全通傳輸函數(shù)1)( jeH，對對所所有有的的 nnnxny)()(22第二頁，共29頁。第三頁，共29頁。l按相位響應(yīng)分類按相位響應(yīng)分類零相移傳輸函數(shù)零相移傳輸函數(shù)第四頁，共29頁。線性相位、非

2、線性相位傳輸函數(shù)線性相位、非線性相位傳輸函數(shù)最小相位、最大相位傳輸函數(shù)最小相位、最大相位傳輸函數(shù)第五頁，共29頁。2 2 全通濾波器系統(tǒng)函數(shù)系統(tǒng)函數(shù)l一階一階lN N階階極點(diǎn)全在單位圓內(nèi)，零點(diǎn)全在單位圓外，表現(xiàn)出鏡像對極點(diǎn)全在單位圓內(nèi)，零點(diǎn)全在單位圓外，表現(xiàn)出鏡像對稱性稱性Chapter661|0 ,1)(11 aazazkzHap1,)()(11)(010000)1(111)1(11111*1 dzDzDkzzdzdkzzdzdkzdzdzdzzdzddkzaazkzHNNiiiNiiiNNiiiNiiNiNNNNNNNNNiiiap第六頁，共29頁。頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)零極點(diǎn)分布：鏡像分布零極

3、點(diǎn)分布：鏡像分布Chapter67keDeDkeDeDkeHjjjjjap )()()()()(* 第七頁，共29頁。相頻特性隨相頻特性隨 增加而單調(diào)下降增加而單調(diào)下降相頻特性為負(fù)相頻特性為負(fù)群延時為正群延時為正當(dāng)當(dāng) 由由0 0變到變到 時，時，N N階全通濾波器相角階全通濾波器相角的變化量為的變化量為任何一個因果穩(wěn)定的非最小相位系統(tǒng)都可任何一個因果穩(wěn)定的非最小相位系統(tǒng)都可以表示成全通系統(tǒng)和最小相位系統(tǒng)的級聯(lián)以表示成全通系統(tǒng)和最小相位系統(tǒng)的級聯(lián)Chapter68 N)()()(minzHzHzHap 第八頁，共29頁?？梢酝ㄟ^級聯(lián)全通系統(tǒng)的辦法，把一可以通過級聯(lián)全通系統(tǒng)的辦法，把一個不穩(wěn)定的系

4、統(tǒng)變成一穩(wěn)定系統(tǒng)個不穩(wěn)定的系統(tǒng)變成一穩(wěn)定系統(tǒng)全通網(wǎng)絡(luò)可作為相位均衡器全通網(wǎng)絡(luò)可作為相位均衡器另一種表示形式另一種表示形式Chapter691| ,11111111)(1*1111*1* iiiNiiiiiNiiiapazazazazaazazazazzH第九頁，共29頁。Chapter6103 3 最小相位濾波器全部零極點(diǎn)都在單位圓內(nèi)的因果穩(wěn)定濾全部零極點(diǎn)都在單位圓內(nèi)的因果穩(wěn)定濾波器波器任意混合相位系統(tǒng)都可以表示成全通系統(tǒng)任意混合相位系統(tǒng)都可以表示成全通系統(tǒng)和最小相位系統(tǒng)的級聯(lián)和最小相位系統(tǒng)的級聯(lián))()()(minzHzHzHap )()()()()()(*010111*0101zzzzzHz

5、zzzzHzH 10101*01*0*010111111)()( zzzzzzzzzzzzzH10*011*001101*0111)1)(1)( zzzzzzzzzzzzzH第十頁，共29頁。Chapter611第十一頁，共29頁。最小相位系統(tǒng)的主要性質(zhì)最小相位系統(tǒng)的主要性質(zhì)l具有最小相位滯后具有最小相位滯后l在幅度響應(yīng)相同的系統(tǒng)中，具有最小能量延在幅度響應(yīng)相同的系統(tǒng)中，具有最小能量延遲（能量更集中在遲（能量更集中在n=0n=0附近）附近）l在幅度響應(yīng)相同的系統(tǒng)中，在幅度響應(yīng)相同的系統(tǒng)中， 最大最大l具有最小群延時具有最小群延時l在幅度響應(yīng)相同的系統(tǒng)中，只有唯一的一個最在幅度響應(yīng)相同的系統(tǒng)中，

6、只有唯一的一個最小相位系統(tǒng)小相位系統(tǒng)l逆系統(tǒng)仍是最小相位的逆系統(tǒng)仍是最小相位的Chapter612)0(minh第十二頁，共29頁。利用最小相位系統(tǒng)的逆系統(tǒng)補(bǔ)償幅度響應(yīng)利用最小相位系統(tǒng)的逆系統(tǒng)補(bǔ)償幅度響應(yīng)的失真的失真l為使為使 和和 都是因果穩(wěn)定的可實(shí)現(xiàn)系都是因果穩(wěn)定的可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，則二者必須是零極點(diǎn)都在單位圓內(nèi)的統(tǒng)，則二者必須是零極點(diǎn)都在單位圓內(nèi)的最小相位系統(tǒng)最小相位系統(tǒng)Chapter613)(zH)(zHc第十三頁，共29頁。l若若 不是最小相位系統(tǒng)不是最小相位系統(tǒng)Chapter614)(zH)()()(minzHzHzHap )(1)(minzHzHc 第十四頁，共29頁。4 4 陷波器用

7、于濾除某些單頻或?qū)拵Ц蓴_用于濾除某些單頻或?qū)拵Ц蓴_Chapter615)()()(0000 jjjjrezrezezezkzH 第十五頁，共29頁。l通帶寬度通帶寬度l 時，完全陷波時，完全陷波l 遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離 ，幅度響應(yīng)可達(dá)最大值，幅度響應(yīng)可達(dá)最大值l極點(diǎn)越靠近單位圓上的零點(diǎn)時，極點(diǎn)越靠近單位圓上的零點(diǎn)時，3dB3dB帶寬越帶寬越窄，陷波效果越好，但系數(shù)量化誤差加大窄，陷波效果越好，但系數(shù)量化誤差加大Chapter616)1(22rB 0 0 第十六頁，共29頁。Chapter6175 5 數(shù)字諧波器數(shù)字諧波器一種窄帶的帶通濾波器一種窄帶的帶通濾波器兩種情況兩種情況l零點(diǎn)在原點(diǎn)零點(diǎn)在原點(diǎn))()(

8、002 jjrezrezkzzH 第十七頁，共29頁。l零點(diǎn)在零點(diǎn)在1 1和和-1-1l極點(diǎn)靠近單位圓時，極點(diǎn)靠近單位圓時，Chapter618)()1)(1()(00 jjrezrezzzkzH )1(2rB 第十八頁，共29頁。6 梳妝濾波器抑制周期性噪聲或增強(qiáng)周期性信號分量抑制周期性噪聲或增強(qiáng)周期性信號分量梳狀陷波器：對周期性干擾信號進(jìn)行抑梳狀陷波器：對周期性干擾信號進(jìn)行抑制制Chapter61910 ,11)(11 rzrzbzHNNN第十九頁，共29頁。l零點(diǎn)均勻分布在單位圓上，為零點(diǎn)均勻分布在單位圓上，為l極點(diǎn)均勻分布在以極點(diǎn)均勻分布在以r(r1)r(r1)為半徑的圓上為半徑的圓上

9、l幅頻響應(yīng)的最大值在兩相鄰零點(diǎn)的中點(diǎn)幅頻響應(yīng)的最大值在兩相鄰零點(diǎn)的中點(diǎn)lR R越接近越接近1 1，幅度響應(yīng)在兩個零點(diǎn)間越平坦，幅度響應(yīng)在兩個零點(diǎn)間越平坦，陷波效果越好，信號失真越小，陷波效果越好，信號失真越小Chapter6201, 1 , 0,/2 NieNij 1, 1 , 0,/2 NireNij Ni 2 第二十頁，共29頁。梳狀諧振器：增強(qiáng)周期性的有用信號，對梳狀諧振器：增強(qiáng)周期性的有用信號，對其它無用信號進(jìn)行抑制其它無用信號進(jìn)行抑制Chapter62110 ,11)(22 rzrzbzHNNN第二十一頁，共29頁。l零點(diǎn)在零點(diǎn)在l幅度響應(yīng)在幅度響應(yīng)在 呈現(xiàn)肩峰，呈現(xiàn)肩峰，r r越接

10、近越接近1 1，諧振作用越明顯，諧振作用越明顯r r接近接近1 1時，時，兩種梳狀濾波器滿足互補(bǔ)關(guān)系兩種梳狀濾波器滿足互補(bǔ)關(guān)系Chapter6221, 1 , 0,/ )2( NieNij Ni /2 )1(2r 1)()(21 zHzH第二十二頁，共29頁。原型濾波器與梳狀濾波器原型濾波器與梳狀濾波器是以是以 即即 為周期為周期10 ,11)(11110 aazzbzH10 ,11)(11 aazzbzHNN)()(101NzHzH 2 NN 2 第二十三頁，共29頁。7 波形發(fā)生器正弦波發(fā)生器正弦波發(fā)生器DTMFDTMFChapter624第二十四頁，共29頁。Chapter625第二十五

11、頁，共29頁。周期性方波發(fā)生器周期性方波發(fā)生器設(shè)周期為設(shè)周期為N N（偶數(shù)），占空比（偶數(shù)），占空比1:11:1Chapter626)1)(1(1)(2/1NzzzH 第二十六頁，共29頁。任意周期序列的發(fā)生器任意周期序列的發(fā)生器主值序列主值序列則則Chapter627,)(110 NaaanxNNNzzazaazH 1)()1(1110第二十七頁，共29頁。8 由零級圖設(shè)計簡單濾波器簡單一階數(shù)字濾波器簡單一階數(shù)字濾波器l以低通為例以低通為例當(dāng)當(dāng)a a接近接近1 1時，時，Chapter6281111)( azzAzH211)(0aAeHj cos21cos2221)(2aaaeHj 212arccos7