數字濾波器pdf

㈠ 數字濾波器設計及工程應用的目錄

1 雜訊的基礎知識
1.1 隨機雜訊及其統計規律
1.1.1 隨機雜訊的概率分布
1.1.2 雜訊的統計特徵
1.2 雜訊的相關函數
1.2.1 雜訊自相關函數
1.2.2 雜訊互相關函數
1.3 雜訊的功率譜密度
1.4 工程中常見的雜訊
1.4.1 白雜訊
1.4.2 高斯雜訊
1.4.3 限帶白雜訊
1.4.4 窄帶雜訊
1.4.5 色雜訊
1.5 工程中其他的雜訊
1.5.1 差模雜訊和共模雜訊
1.5.2 分形雜訊
1.5.3 椒鹽雜訊
1.5.4 量化雜訊
1.6 雜訊與信道作用方式
1.7 信噪比
1.8 雜訊響應
2 數字濾波器的基礎知識
2.1 數字濾波器的傳遞函數
2.1.1 DF傳遞函數的定義
2.1.2 DF傳遞函數與單位沖激響應
2.2 數字濾波器的頻率響應分析
2.3 數字濾波器的構成
2.3.1 直接構成法
2.3.2 間接構成法
2.4 數字濾波器的分類
2.4.1 按頻率分布特性分類
2.4.2 按實現方式分類
2.4.3 按對沖激響應特性分類
3 低通數字濾波器的設計及性能分析
3.1 有限沖激響應數字濾波器和無限沖激響應數字濾波器
3.1.1 FIRDF
3.1.2 IIRDF
3.2 數字濾波器的遞歸與非遞歸實現
3.3 數字濾波器的技術要求及指標
3.4 數字濾波器設計方法概述
3.5 IIRDF設計
3.5.1 由AF到DF
3.5.2 對給定技術指標的逼近方法概述
3.5.3 巴特沃斯模擬低通濾波器設計方法
3.5.4 切比雪夫模擬低通濾波器設計方法
3.5.5 巴特沃斯與切比雪夫模擬低通濾波器性能比較
3.5.6 沖激不變法設計IIRDF
3.5.7 雙線性z變換法設計IIRDF
3.6 FIRDF設計
3.6.1 FIRDF的線性相位特性
3.6.2 傅里葉級數法設計FIRDF
3.6.3 頻率抽樣法設計FIRDF
3.6.4 切比雪夫逼近法設計FIRDF
3.7 IIRDF和FIRDF設計比較
4 高通、帶通及帶阻數字濾波器的設計
4.1 設計中符號的約定
4.2 高通、帶通及帶阻模擬濾波器設計
4.2.1 LPAF到HPAF
4.2.2 LPAF到BPAF
4.2.3 LPAF到BSAF
4.3 採用第二條途徑設計高通、帶通及帶阻數字濾波器
4.3.1 Bpdf設計
4.3.2 其他形式DF設計
4.4 高通、帶通及帶阻數字濾波器直接設計
4.4.1 HPDF直接設計
4.4.2 BPDF直接設計
4.4.3 BSDF直接設計
5 數字濾波器的MATLAB實現及應用
5.1 MATLAB簡介
5.2 MATLAB常用命令
5.3 MATLAB使用技巧
5.4 MATtAB信號處理常用函數
5.5 IIR濾波器階數估計
5.5.1 巴特沃斯濾波器階數估計
5.5.2 切比雪夫Ⅰ型濾波器階數估計
5.5.3 切比雪夫Ⅱ型濾波器階數估計
5.5.4 橢圓濾波器階數估計
5.6 低通原型模擬濾波器設計
5.6.1 巴特沃斯低通原型模擬濾波器設計
5.6.2 貝塞爾低通原型模擬濾波器設計
5.6.3 切比雪夫Ⅰ型低通原型模擬濾波器設計
5.6.4 切比雪夫Ⅱ型低通原型模擬濾波器設計
5.6.5 橢圓低通原型模擬濾波器設計
5.7 IIRDF設計
5.7.1 經典設計法設計IIRDF
5.7.2 直接設計法設計IIRDF
5.7.3 最大平滑法設計IIRDF
5.8 FIRDF設計
5.8.1 窗函數法設計FIRDF
5.8.2 頻率采樣法設計FIRDF
5.8.3 最小二乘法設計FIRDf
5.8.4 內插法設計FIRDF
5.8.5 最優化法設計FIRDF
5.8.6 升餘弦法設計FIRDF
5.9 數字濾波器的應用
5.9.1 IIRDF的應用
5.9.2 FIRDF的應用
6 工程中簡易濾波方法
6.1 算術平均濾波法
6.2 限幅濾波法
6.3 中值(或中位值)濾波法
6.4 滑動平均濾波法
6.5 中值平均濾波法
6.6 限幅平均濾波法
6.7 一階滯後濾波法
6.8 加權滑動(遞推)平均濾波法
6.9 消抖濾波法
6.10 限幅消抖濾波法
附錄A 數字濾波的分析工具
附錄B 常用窗函數
參考文獻

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㈢ 常見濾波器的類型都有哪幾種

濾波器的常見種類：數字濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、模擬濾波器、聲表面波濾波器、介質濾波器、有源電力濾波器

1、數字濾波器

與模擬濾波器相對應，在離散系統中廣泛應用數字濾波器。它的作用是利用離散時間系統的特性對輸入信號波形或頻率進行加工處理。或者說，把輸入信號變成一定的輸出信號，從而達到改變信號頻譜的目的。

數字濾波器一般可以用兩種方法來實現：一種方法是用數字硬體裝配成一台專門的設備，這種設備稱為數字信號處理機；另一種方法就是直接利用通用計算機，將所需要的運算編成程序讓通用計算機來完成，即利用計算機軟體來實現。

2、低通濾波器

低通濾波器是指車載功放中能夠讓低頻信號通過而不讓中、高頻信號通過的電路，其作用是濾去音頻信號中的中音和高音成分，增強低音成分以驅動揚聲器的低音單元。由

於車載功放大部分都是全頻段功放，通常採用AB類放大設計，功率損耗比較大，所以濾除低頻段的信號，只推動中高頻揚聲器是節省功率、保證音質的最佳選擇。此外高通濾波器常常和低通濾波器成對出現，不論哪一種，都是為了把一定的聲音頻率送到應該去的單元。

低通濾波器是容許低於截止頻率的信號通過，但高於截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。

對於不同濾波器而言，每個頻率的信號的減弱程度不同。當使用在音頻應用時，它有時被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。

低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音頻設備中使用的hiss濾波器、平滑數據的數字演算法、音障（acoustic barriers）、圖像模糊處理等等，這兩個工具都通過剔除短期波動、保留長期發展趨勢提供了信號的平滑形式。

低通濾波器在信號處理中的作用等同於其它領域如金融領域中移動平均數所起的作用；

低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器。

3、帶通濾波器

（1）帶通濾波器的工作原理：

一個理想的濾波器應該有一個完全平坦的通帶，例如在通帶內沒有增益或者衰減，並且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉，另外，通帶外的轉換在極小的頻率范圍完成。實際上，並不存在理想的帶通濾波器。濾波器並不能夠將期望頻率范圍外的所有頻率完全衰減掉，尤其是在所要的通帶外還有一個被衰減但是沒有被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現象，並且使用每十倍頻的衰減幅度dB來表示。通常，濾波器的設計盡量保證滾降范圍越窄越好，這樣濾波器的性能就與設計更加接近。然而，隨著滾降范圍越來越小，通帶就變得不再平坦—開始出現「波紋」。這種現象在通帶的邊緣處尤其明顯，這種效應稱為吉布斯現象。

除了電子學和信號處理領域之外，帶通濾波器應用的一個例子是在大氣科學領域，很常見的例子是使用帶通濾波器過濾3到10天時間范圍內的天氣數據，這樣在數據域中就只保留了作為擾動的氣旋。

在頻帶較低的剪切頻率f1和較高的剪切頻率f2之間是共振頻率，這里濾波器的增益最大，濾波器的帶寬就是f2和f1之間的差值。

（2）帶通濾波器的應用區域：

許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器，以選出各個不同頻段的信號，在顯示上利用發光二極體點亮的多少來指示出信號幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率 ，在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1，品質因數 ，3dB帶寬B=1/（п*R3*C）也可根據設計確定的Q、fo、Ao值，去求出帶通濾波器的各元件參數值。R1=Q/（2пfoAoC），R2=Q/（（2Q2-Ao）*2пfoC），R3=2Q/（2пfoC）。上式中，當fo=1KHz時，C取0.01Uf。此電路亦可用於一般的選頻放大。 有源帶通濾波器電路，此電路亦可使用單電源

4、模擬濾波器

模擬濾波器在測試系統或專用儀器儀表中是一種常用的變換裝置。例如：帶通濾波器用作頻譜分析儀中的選頻裝置；低通濾波器用作數字信號分析系統中的抗頻混濾波；高通濾波器被用於聲發射檢測儀中剔除低頻干擾雜訊；帶阻濾波器用作電渦流測振儀中的陷波器，等等。

用於頻譜分析裝置中的帶通濾波器，可根據中心頻率與帶寬之問的數值關系，分為兩種：

一種是帶寬B不隨中心頻率人而變化，稱為恆帶寬頻通濾波器，其中心頻率處在任何頻段上時，帶寬都相同；

另一種是帶寬B與中心頻率人的比值是不變的，稱為恆帶寬比帶通濾波器，其中心頻率越高，帶寬也越寬。

5、聲表面波濾波器

聲表面波是指聲波在彈性體表面的傳播，這個波被稱為彈性聲表面波。聲表面波的傳播速度比電磁波的速度約小10萬倍。聲表面波濾波器是採用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料，利用其壓電效應和聲表面波傳播的物理特性而製成的一種濾波專用器件，廣泛應用於電視機及錄像機中頻電路中，以取代LC中頻濾波器，使圖像、聲音的質量大大提高。

SAW 聲表濾波器、聲表諧振器，是在壓電基片材料表面產生並傳播、且其振幅隨深入基片本材料的深度增加而迅速減少的的彈性波。聲表面波（SAW）是傳播於壓電晶體表面的機械波，其聲速僅為電磁波速的十萬分之一，傳播衰耗很小。

SAW 聲表器件是在壓電基片上採用微電子工藝技術製作叉指形電聲換能器和反射器耦合器等，利用基片材料的壓電效應，通過輸入叉指換能器（IDT）將電信號轉換成聲信號，並局限在基片表面傳播，輸出IDT將聲信號恢復成電信號，實現電-聲-電的變換過程，完成電信號處理過程，獲得各種用途的電子器件。

採用了先進微電子加工技術製造的聲表面波器件，具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設計靈活等優點。

6、介質濾波器

介質濾波器利用介質陶瓷材料的低損耗、高介電常數、頻率溫度系數和熱膨脹系數小、可承受高功率等特點設計製作的，由數個長型諧振器縱向多級串聯或並聯的梯形線路構成。

其特點是插入損耗小、耐功率性好、帶寬窄，特別適合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，便攜電話、汽車電話、無線耳機、無線麥克風、無線電台、無繩電話以及一體化收發雙工器等的級向耦合濾波。

7、有源電力濾波器

有源電力濾波器是一種動態抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，它能對頻率和大小都變化的諧波和無功進行補償，可以彌補無源濾波器的缺點，獲得比無源濾波器更好的補償特性，是一種理想的補償諧波裝置。

早在70年代，有源電力濾波器的基本原理和主電路拓撲結構就已被確定，但由於受當時的技術條件限制，未能使有源電力濾波器得以實施。進入80年代後，新型電力電子器件的出現、PWM控制技術的發展以及瞬時無功功率理論的提出，極大地促進了有源電力濾波器技術的發展。

國外已開始在工業和民用設備上廣泛使用有源電力濾波器，並且單機裝置的容量逐步提高，其應用領域從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統供電質量的方向發展。

(3)數字濾波器pdf擴展閱讀：

板上濾波器雖然對高頻的濾波效果不理想，但是如果應用得當，可以滿足大部分民用產品電磁兼容的要求。在使用時要注意以下事項：

1、「干凈地」：如果決定使用板上濾波器，在布線時就要注意在電纜埠處留出一塊「干凈地」，濾波器和連接器都安裝在「干凈地」上。通過前面的討論，可知信號地線上的干擾是十分嚴重的。如果直接將電纜的濾波電容連接到這種地線上，會造成嚴重的共模輻射問題。

為了取得較好的濾波效果，必須准備一塊干凈地。並與信號地只能在一點連接起來，這個流通點稱為「橋」，所有信號線都從橋上通過，以減小信號環路面積。

2、並排設置：同一組電纜內的所有導線的未濾波部分在—起，已濾波部分在一起。否則，一根導線的耒濾波部分會將另一根導線的已濾波部分重新污染9使電纜整體濾波失效。

3、靠近電纜：濾波器與面板之間的導線的距離應盡量短。必要時，使用金屬板遮擋一下，隔離近場干擾。

4、與機箱接：安裝濾波器的干諍地要與金屬機箱可靠地搭接起來，如果機箱不是金屬的，就在線路板下方設置一塊較大的金屬板來作為濾波地。干凈地與金屬機箱之間的搭接要保證很低的射頻阻抗。如有必要，可以使用電磁密封襯墊搭接，增加搭接面積，減小射頻阻抗。

5、接地線短：考慮到引腳的電感效應，其重要性前面已討淪，濾波器的局部布線和設計線路板與機箱（金屬板）的連接結構時要特別注意

參考資料：網路-濾波器