《滤波器的设计》PPT课件
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滤波器的设计PPT讲解
3.带通滤波器
功能：让有限带宽（ wL w wH ）内的交流信号 顺利通过，让频率范围之外的交流信号受到衰减。
wL ——下限频率， wH ——上限频率，
带宽：Bw wH wL
中心角频率：
w0 wn wH wL
A0 s n / 2 带通滤波器传递函数的一般表达式为： A((s) D( s )
A0 为常数， D ( s ) 为多项式， s
jw
A((s ) 的零点在 w 处。 二阶低通滤波器传递 2 A w 0 n 函数的典型表达式为： A( s) wn 2 2 s s wn wn 为特征角频率，Q 为等效品质因数。 Q
2.高通滤波器（HPF） 让高于截止频率 wc 的高频信号通过， 而对从0到阻带频率 ws 的低频频率受到衰减。
三、参数
3、阻尼系数与品质因数
– 阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用， 是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。 –阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器 频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/△w。式中的△w为 带通或带阻滤波器的3dB带宽， w0为中心频率。
4、灵敏度
–滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影 响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x 变化的灵敏度记作Sxy，定义为： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。 –该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该 灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。
A0 A( S ) n S an1 S n1 a1 S a0
多项式系数 an1 , a1 , a0 可根据不同的 次n查表得到 。
和阶
3. 贝赛尔滤波器：
ADS低通滤波器设计PPT课件
滤波器原理图设计-----画微带线原理图
MLIN选项在左边Palette的TLines-Microstrip中
滤波器原理图设计-----电路参数设置
添加MSUB控件，双击添加参数 H:基板厚度(1.58mm) Er:基板相对介电常数(4.2) Mur:相对磁导率(1) Coud:金属电导率(5.88e7) Hu:封装高度(1.0e33mm) T:金属层厚度(0.035mm) TanD:损耗角正切(0.02) Rough:表面粗糙度(0mm)
滤波器原理图设计-----最终电路图
滤波器原理图设计-----优化仿真
点击优化图标 ，进行优化 稍待片刻即可查看效果
滤波器原理图设计-----优化仿真
然后点击update design 最终参数：
w0 = 2.77887 w1 = 12.6961 w2 = 424.403e-03 w3 = 10.1017 w4 = 475.833e-03 w5 = 10.12 w6 = 358.642e-03
点击 ，设置为
微带滤波器版图生成-----EM仿真
点击simulate，静待几分钟仿真出来的传输特性 出现这个是license的问题，去/thread-471722-1-1.html下载补丁
微带滤波器版图生成-----EM仿真
结论
观察得之滤波器在通带内（0~2.5GHz）插入损耗小于3.439dB，在4~5GHz之间大于28.096dB，满足设计要求
7
0.517
120
12.3
0.391252
2.45949
8
1
50
90
3.11445
16.7722
滤波器原理图设计-----添加变量
用LineCalc计算八段微带线的长和宽后我们要将各个数据添加到变量控件VAR中。 选择Insert->VAR在原理图中添加VAR然后双击，在“Name”文本框中输入变量的名称，“Variable Value”文本框中输入变量的初值，单机【ADD】添加变量 然后单击【Tune/Opt/Stat/Doe..】按钮打开参数优化对话框设置变量的取值范围，选择“Optimation”标签页。其中，“Enable/Disabled”表示该变量是否能被优化，“Minimum Value”表示可优化的最小值，“Maximum Value”表示可优化的最大值
差分低通滤波器设计课件ppt
启动ads进入如下界面10创建新的工程文件在下面的下拉菜单中设置长度单位为毫米11创建新的工程文件续工程文件创建完毕后主窗口变为下图所示12创建新的工程文件续同时原理图设计窗口打开13差分低通滤波器的设计下图是一个差分低通滤波器的等效电路其由六个电感和四个电容的对称结构组成
差分低通滤波器设计
ADS简介
等效电路ห้องสมุดไป่ตู้
差分低通滤波器的设计（续）
设计指标：通带DC－40MHz，带内衰减小于 0.2dB，起伏小于0.1dB，80MHz以上衰减大于
50dB，端口输入的电压驻波比小于1.5。
在进行设计时，主要是以滤波器的S参数作为 优化目标进行优化仿真。S21是传输参数，滤 波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表 现在S21随频率变化曲线的形状上。S11参数是 输入、输出端口的电压驻波比。如果电压驻波
在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的 Simulate -> Update Optimization Values保存优化后的 变量值，否则优化后的值将不保存。
进行参数优化（续）
经过数次优化后， CurrentEf的值为0， 即为优化结束。也 可以看到当前C1、 C2、C3、C4的值以 及总的优化时间。
同按时照原 先理局图部设后计整窗体口的打优开化原则，切忌直接全局优化，最好能够预先计算设置优化元件的初值；
真结束后会出现图形显示窗口。 为了仿真差分滤波器，我们需要把输入输出端口由平衡模式转换为不平衡模式，在这里放入一个变比为1：1的RF变压器 。
在原理图设计窗口中选择集总元件的工具 采用同样的方法使C2、C3、C4也处于优化激活状态。 对于原理图上其他的部件，如果想使其关
观察仿真曲线（续）
点击图形显示窗口左侧工具栏中的 按钮，放置一个方 框到图形窗口中，这时会弹出一个设置窗口(见下页图)， 在窗口左侧的列表里选择S(2,1)即S21参数，点击Add按钮 会弹出一个窗口设置单位(这里选择dB)，点击两次OK后， 图形窗口中显示出S21随频率变化的曲线。
差分低通滤波器设计
ADS简介
等效电路ห้องสมุดไป่ตู้
差分低通滤波器的设计（续）
设计指标：通带DC－40MHz，带内衰减小于 0.2dB，起伏小于0.1dB，80MHz以上衰减大于
50dB，端口输入的电压驻波比小于1.5。
在进行设计时，主要是以滤波器的S参数作为 优化目标进行优化仿真。S21是传输参数，滤 波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表 现在S21随频率变化曲线的形状上。S11参数是 输入、输出端口的电压驻波比。如果电压驻波
在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的 Simulate -> Update Optimization Values保存优化后的 变量值，否则优化后的值将不保存。
进行参数优化（续）
经过数次优化后， CurrentEf的值为0， 即为优化结束。也 可以看到当前C1、 C2、C3、C4的值以 及总的优化时间。
同按时照原 先理局图部设后计整窗体口的打优开化原则，切忌直接全局优化，最好能够预先计算设置优化元件的初值；
真结束后会出现图形显示窗口。 为了仿真差分滤波器，我们需要把输入输出端口由平衡模式转换为不平衡模式，在这里放入一个变比为1：1的RF变压器 。
在原理图设计窗口中选择集总元件的工具 采用同样的方法使C2、C3、C4也处于优化激活状态。 对于原理图上其他的部件，如果想使其关
观察仿真曲线（续）
点击图形显示窗口左侧工具栏中的 按钮，放置一个方 框到图形窗口中，这时会弹出一个设置窗口(见下页图)， 在窗口左侧的列表里选择S(2,1)即S21参数，点击Add按钮 会弹出一个窗口设置单位(这里选择dB)，点击两次OK后， 图形窗口中显示出S21随频率变化的曲线。
微波超宽带滤波器PPT课件
信道容量大
衰减较少
UWB 技术特点
定位精确
数据传输效率极 高
很好的保密性
成本低和功 耗低
几种超宽带微波滤波器的设计方法
1、平行耦合线设计公式的改进 2、带有开路枝节的环形谐振器 3、双模双环谐振器形式 4、带调谐枝节及微扰的正方环形谐振器 5、多模谐振器形式
几种超宽带滤波器的设计实例
1、双模谐振器设计超宽带滤波器 2、一种具有宽阻带特性的超宽带滤波器 3、四分之一波长短截线超宽带滤波器的设计 4、2GHz-4GHz梳型超宽带滤波器设计
滤波器是各种无线通信、雷达等系统中必不可少的重要 器件之一，它能有效地滤除各种无用信号及噪声，降低各通 信频道问的信号干扰，从而保障通信设备的正常工作，实现 高质量的通信，进而达到频谱资源的有效利用。随着现代通 信技术向着高速、宽带、大容量的方向发展，有限频谱资源 的分配日趋紧张，为了使各种通信系统互不干扰，迫切需要 研究开发高性能的微波、毫米波滤波器。尤其是超宽带通信 系统成为近年来的研究热点，通信系统要求收发信机的工作 带宽要高达几GHz，这就对微波滤波器设计提出了更高的要 求：更宽的带宽、更低的损耗、更小的体积以及陡峭的阻带 特性等。传统窄带是指相对带宽小于1％，相对带宽在1％到 20%之间被称为宽带，超宽带特指相对带宽大于20％或带宽 大于500 MHz。
论文总体结构
一、引言
滤波器概述
微
波 二、理论基础 微波滤波器的分类 超
宽
超宽带技术概述
带
滤
几种超宽带微波滤波器的设计方法
பைடு நூலகம்
波 器
三、应用设计 几个超宽带微波滤波器的设计实例
超宽带滤波器发展趋势
四、结论
本文主要内容
信号处理课件第6章无限冲激响应(IIR)滤波器设计
3. 滤波器的技术要求
低通：
：通带允许的最大衰减； ：阻带内应达到的最小衰减
单位 (dB)
若幅度下降到 0.707, 则幅平方下降 0.5 （半 功率点）：
若幅度下降到 0.01：
高通：
：通带允许的最大衰减； ：阻带内应达到的最小衰减
带通：
：通带允许的最大衰减； ： 阻带内应达到的最小衰减
带阻：
最直接到方法，将：
p ,s , p ,s
利用：
利用上一节的方法，可设计出模拟滤波器
G( p), G(s)
H(z)
H (z) G(s) s 1 ln z Ts
但这样做，H (z) 将不再是 z 的有理多项式，给
极－零分析带来困难。
数字滤波器的 单位抽样响应
模拟滤波器 的冲激响应
令：
冲激响应 不变法
（2）
b, a 是AF LP 的分子、分母的系数向量，B, A是转换后 的的分子、分母的系数向量；在（1）中，Wo是低通或 高通滤波器的截止频率；在（2）中，Wo是带通或带阻 滤波器的中心频率，Bw是其带宽。
4．bilinear.m ：双线性变换，由模拟滤波器 得到数字滤波器。
[Bz, Az]=bilinear(B, A, Fs) 式中B, A分别是G（s）的分子、分母多项式 的系数向量，Bz, Az分别是H(z)的分子、分 母多项式的系数向量，Fs是抽样频率。
2. 切比雪夫I型(Chebyshev-I)滤波器
3. 切比雪夫II型滤波器
4. 椭圆滤波器
Un2() ：Jacobian 函数 本课程只讨论 Butterworth 和 Chebyshev-I
滤波器的设计
二、Butterworth滤波器的设计
2024版MPF微波光子学滤波器详解PPT课件
01微波光子学滤波器概述Chapter微波光子学基本概念微波光子学定义01微波光子学应用领域02微波光子学技术031 2 3滤波器定义滤波器在微波系统中的作用滤波器性能指标滤波器在微波系统中的作用MPF技术原理及特点MPF 技术原理MPF技术特点MPF实现方式02 MPFChapter常见MPF结构类型光纤光栅型MPF利用光纤光栅的周期性折射率调制实现滤波功能，具有插入损耗低、带宽可调等优点。
环形谐振腔型MPF通过环形谐振腔的选频作用实现微波信号滤波，具有高Q值、窄带宽等特点。
Mach-Zehnder干涉仪型MPF基于Mach-Zehnder干涉原理，通过调节干涉臂长度实现滤波功能，具有灵活性高、可调谐范围大等优势。
工作原理及性能参数工作原理性能参数优缺点分析优点缺点03 MPFChapter设计方法论述基于传输线理论的设计方法时域有限差分法（FDTD）耦合模理论光电器件性能限制光电器件的带宽、损耗、噪声等性能会直接影响MPF的性能。
解决方案包括采用高性能的光电器件、优化器件结构和工艺等。
温度稳定性问题MPF的性能会随温度的变化而发生变化，影响滤波器的稳定性。
解决方案包括采用温度补偿技术、选择温度稳定性好的材料等。
偏振相关问题MPF对输入光的偏振状态敏感，不同偏振态下滤波器的性能会有所不同。
解决方案包括采用偏振不敏感的光电器件、设计偏振控制器等。
关键技术挑战及解决方案窄带MPF设计案例介绍了一个窄带MPF的设计过程，包括滤波器结构的选择、参数的优化、仿真结果的验证等。
该案例展示了如何根据实际需求设计出满足性能指标的MPF。
介绍了一个宽带MPF在无线通信系统中的应用，包括滤波器的性能指标、应用场景、实际效果等。
该案例展示了MPF在实际应用中的优势和潜力。
介绍了一个具有多种功能的MPF的设计和实现过程，包括多通带滤波、可调谐滤波等功能的实现方法和效果展示。
该案例展示了MPF设计的灵活性和多样性。
宽带MPF应用案例多功能MPF设计案例典型案例分析04 MPFChapter通信系统架构简介发射端包括信源编码、信道编码、调制等模块，用于将信息转换为适合传输的信号。
《π型滤波器》课件2
大
由于电感和电容的存在，π型滤波器会有一定的功耗。
π型滤波器的应用领域
电源领域
用于电源管理和去噪。
音频领域
用于音响系统和音频信号处理。
通信领域
用于滤波和信号处理。
与π型滤波器相似的其他滤波器类型
1 T型滤波器
由两个电感和一个电容组 成的滤波器。
2 母线型滤波器
《π型滤波器》PPT课件
介绍 π型滤波器的定义、作用与基本原理。
π型滤波器的电路结构和特点
结构
由两个电容和一个电感串联 组成的电路。
特点
具有良好的高频特性和抑制 能力。
应用
常用于功率电子系统的直流 电源滤波。
理解π型滤波器的频率响应曲线
频率响应
展示不同频率下滤波器的增益特 性。
高通滤波器
低通滤波器
响应曲线在低频衰减，高频通过。 响应曲线在高频衰减，低频通过。
π型滤波器的传递函数公式
通过推导，我们得到 π型滤波器的传递函数公式为： H(s) = 1 / (RCs³ + LCs² + RCs + 1)
π型滤波器的设计方法和步骤
确定要滤波的频率范围
了解需要滤波的信号频率范围，确定滤波器的截止频率。
用于直流电源中的母线噪 声滤除。
3 阻容圆型滤波器
利用电感和电容的串并联 组合实现滤波。
π型滤波器与其他滤波器的比较
电路结构 频率范围 传递函数
π型滤波器 电容-电感-电容 中频到高频 复杂
T型滤波器 电感-电容-电感 中频到高频 复杂
母线型滤波器 电感-电容 低频到中频 简单
阻容圆型滤波器 电容-电感 低频到高频 复杂
计算元件值
根据截止频率和电路结构计算电容和电感的取值。
由于电感和电容的存在，π型滤波器会有一定的功耗。
π型滤波器的应用领域
电源领域
用于电源管理和去噪。
音频领域
用于音响系统和音频信号处理。
通信领域
用于滤波和信号处理。
与π型滤波器相似的其他滤波器类型
1 T型滤波器
由两个电感和一个电容组 成的滤波器。
2 母线型滤波器
《π型滤波器》PPT课件
介绍 π型滤波器的定义、作用与基本原理。
π型滤波器的电路结构和特点
结构
由两个电容和一个电感串联 组成的电路。
特点
具有良好的高频特性和抑制 能力。
应用
常用于功率电子系统的直流 电源滤波。
理解π型滤波器的频率响应曲线
频率响应
展示不同频率下滤波器的增益特 性。
高通滤波器
低通滤波器
响应曲线在低频衰减，高频通过。 响应曲线在高频衰减，低频通过。
π型滤波器的传递函数公式
通过推导，我们得到 π型滤波器的传递函数公式为： H(s) = 1 / (RCs³ + LCs² + RCs + 1)
π型滤波器的设计方法和步骤
确定要滤波的频率范围
了解需要滤波的信号频率范围，确定滤波器的截止频率。
用于直流电源中的母线噪 声滤除。
3 阻容圆型滤波器
利用电感和电容的串并联 组合实现滤波。
π型滤波器与其他滤波器的比较
电路结构 频率范围 传递函数
π型滤波器 电容-电感-电容 中频到高频 复杂
T型滤波器 电感-电容-电感 中频到高频 复杂
母线型滤波器 电感-电容 低频到中频 简单
阻容圆型滤波器 电容-电感 低频到高频 复杂
计算元件值
根据截止频率和电路结构计算电容和电感的取值。
LC滤波器PPT课件
则负载 因为R与RL越接近滤波效果越好，所以取
图5 逆变器输出波形的傅立叶分析
04 设计实例与MATLAB仿真
图5是对PWM逆变器的输出波形进行傅立叶分析的结 果图，测量结果显示最低次谐波为5次谐波，其占基波的 20%左右，波形总畸变率为30.09%。为保证输出正弦波 的畸变率低，要求所设计的滤波器的输出波形中任意次谐 波占基波比率不超过5%。因为5次谐波占基波20%，要减 少到基波的 5%。所以:
因为三相对称，所以L1=L2=L3=L，C1=C2=C3=C。根据计算所得的参数在simulink中建立如图7的模型。PWM的 调制波为频率为50 Hz，相位角分别为0，120度，-120度的三个正弦波。输出的PWM波控制IGBT全桥的开关，将直流 电压逆变为方波输出。电压表1（Voltage Measurement1）测量逆变器输出电压，即滤波器的输入电压。电压表2 （Voltage Measurement2）测量滤波器输出电压，测量所得的波形在示波器Scope上显示。
图4 Z1、Z2与频率 Φ 的关系
在Γ型滤波器中，负载与滤波 器 Z2端相连，负载与Z2曲 线的位置关系如图4所示。当 负载与Z2曲线的位置适中时， 由图可得：
（14）
04 滤波器参数计算
确定负载的大小，就可以确定 LC 滤波器的特性 阻抗 R，将特性阻抗 R 和截止频率fc代入式（10）、 （11）中，就可以计算出参数 L、C 的值。
01 PWM逆变器主回路
02 03 常 K 型低通滤波器分析
滤波器参数计算
04 设计实例与MATLAB仿真
05 结论
目录 CONTENTS
01 PWM逆变器主回路
目前的逆变技术主要采用脉宽调制方式，三相PWM逆变器主电路如图1所 示。当负载为永磁同步电机时，为使电机平稳运作，最好输入正弦波。由于 PWM调制本身的特性决定着逆变器的输出电压中含有较多的高次谐波分量，因 而必须在逆变器的输出侧加低通滤波器来减小谐波含量，以得到平滑的正弦波。 本设计采用常K型两元件低通滤波器，即LC低通滤波器。
图5 逆变器输出波形的傅立叶分析
04 设计实例与MATLAB仿真
图5是对PWM逆变器的输出波形进行傅立叶分析的结 果图，测量结果显示最低次谐波为5次谐波，其占基波的 20%左右，波形总畸变率为30.09%。为保证输出正弦波 的畸变率低，要求所设计的滤波器的输出波形中任意次谐 波占基波比率不超过5%。因为5次谐波占基波20%，要减 少到基波的 5%。所以:
因为三相对称，所以L1=L2=L3=L，C1=C2=C3=C。根据计算所得的参数在simulink中建立如图7的模型。PWM的 调制波为频率为50 Hz，相位角分别为0，120度，-120度的三个正弦波。输出的PWM波控制IGBT全桥的开关，将直流 电压逆变为方波输出。电压表1（Voltage Measurement1）测量逆变器输出电压，即滤波器的输入电压。电压表2 （Voltage Measurement2）测量滤波器输出电压，测量所得的波形在示波器Scope上显示。
图4 Z1、Z2与频率 Φ 的关系
在Γ型滤波器中，负载与滤波 器 Z2端相连，负载与Z2曲 线的位置关系如图4所示。当 负载与Z2曲线的位置适中时， 由图可得：
（14）
04 滤波器参数计算
确定负载的大小，就可以确定 LC 滤波器的特性 阻抗 R，将特性阻抗 R 和截止频率fc代入式（10）、 （11）中，就可以计算出参数 L、C 的值。
01 PWM逆变器主回路
02 03 常 K 型低通滤波器分析
滤波器参数计算
04 设计实例与MATLAB仿真
05 结论
目录 CONTENTS
01 PWM逆变器主回路
目前的逆变技术主要采用脉宽调制方式，三相PWM逆变器主电路如图1所 示。当负载为永磁同步电机时，为使电机平稳运作，最好输入正弦波。由于 PWM调制本身的特性决定着逆变器的输出电压中含有较多的高次谐波分量，因 而必须在逆变器的输出侧加低通滤波器来减小谐波含量，以得到平滑的正弦波。 本设计采用常K型两元件低通滤波器，即LC低通滤波器。
微波腔体滤波器设计PPT课件
Fn Un
En2
Pn2
2Fn2 2
Pn
N
1
n 1
1
n
取左半平面的根
-3
-2
-1
-20
-40
-60
1
2
3
注意到，General Chebyshev函数的特性： 带内为等波纹，带外特性和有限传输零点的个数和位置密切相关。
怎样由带外指标确定滤波器的阶数和有限传输零点的位置？ 什么样的General Chebyshev函数是最优的？
可以证明，具有带外等波纹特性的General Chebyshev函数最优，即： • 具有同样阶数和有限传输零点个数的函数，带外等波纹的最优； • i+1个有限传输零点的函数带外特性优于i个有限传输零点的函数特性。
在工程设计中，设有限传输零点的个数是i，考察此时的最优特性：带外 等波纹的情况；如果不能满足指标，则要增加有限传输零点的个数；以此类推， 直到得到逼近函数。
其中 称此矩阵为耦合矩阵
Scaled external quality factor Normalized coupling coefficient
滤波器双口网络，有 S参数，有
由电压环路方程，得到 带入S参数表示式，得到
对于异步调谐情况，有
电容耦合腔体滤波器等效电路
可见，归一化阻抗矩阵Z和归一化导纳矩阵Y相同。 即，无论耦合腔体滤波器是感性耦合，还是容性耦合，亦或是混合 耦合，可以使用统一的公式表示。
然后在考虑如何实现该逼近函数的问题；当然在该过程中，可以预先对结 构等有所参考，对逼近函数的形式有所限定。
（2）优化的方法求解耦合矩阵
首先，根据预先设定的耦合拓扑结构定义耦合矩阵，常用两种方式：
常用模拟低通滤波器的设计课件
1,2,2N
取其分布在左平面的极点, 设计出巴特沃斯低通滤波器.
常用模拟低通滤波器的设计
12
3、Butterworth的幅度响应 及极点分布
其中左半平面构成Butterworth滤波器的系统函数
极点不会落在S平面上的虚轴上
A（2 ）
2
s
2
16(25 s 2 ) 2 (49 s 2 )(36 s 2 )
其极点：s 7, s 6;零点：s j5(皆为二阶）
取左半平面极点：s 7, s 6;
取s 5 j(一对虚轴零点）为H a (s)的零点。
设增益常数为K，则得H a (s)
K (25 s 2 ) , (s 7)(s 6)
第八节
常用模拟低通滤波器 的设计
常用模拟低通滤波器的设计
1
一、为何要设计模拟低通滤波器
• 首先将要设计的数字滤波器的指标，转变成模拟低通 原型滤波器的指标后，设计“模拟低通原型”滤波器。
• 模拟滤波器的设计(逼近)不属于本课程的范围，但由于 没学过,在此介绍常用的二种模拟低通滤波器的设计。
• 1、Butterworth巴特渥斯滤波器 • 2、Chebyshev切比雪夫滤波器 • 它们都有严格的设计公式，现成的曲线和图表供设计，
•
如无特殊要求，可取 H
半作为 Ha(s) 的零点。
a
(s)H a
(s)
的对称零点的任一
• 如要求是最小相位延时滤波器，则应取左半平面零点
作 的为 ，H其a中(s)一的半零属点于。H且a(s)j。轴上的零点或极点都是偶次
常用模拟低通滤波器的设计
8
(3) 按 照 性或高频
特A(性)
与Ha(s) ,确定
数字信号处理程佩青第三版课件第六章IIR滤波器的设计方法
可整理ppt
6.2 最小与最大相位延时系统、最小 与最大相位超前系统
LSI系统的系统函数：
M
M
(1cmz1)
(zcm)
H(z)KmN1
Kz(NM)
m1 N
(1dkz1)
(zdk)
k1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱk1
频率响应：
M
(ejcm)
H(ej)Kej(NM)m N 1
H(ej)ejarg[H(ej)]
(ejdk)
可k 整1理ppt
H (ej)H (ej)ej(j)
H ( e j ) 为幅频特性：表示信号通过该滤波器
后各频率成分的衰减情况
( j) 为相频特性：反映各频率成分通过滤波
器后在时间上的延时情况
可整理ppt
理想滤波器不可实现，只能以实际滤波器逼近
通带： c
11H(ej)1
阻带： st H(ej) 2
过渡带： cst
c ：通带截止频率 s t ：阻带截止频率
1 ：通带容限
2 ：阻带容限
可整理ppt
通带最大衰减： 1
12 0lgH H ((e ejj 0 c)) 2 0lgH (ej c) 2 0lg (11)
阻带最小衰减： 2
220lgH H ((e ej j0 st)) 20lgH (ejst) 20lg2
第六章 IIR滤波器的设计
可整理ppt
1
主要内容
理解数字滤波器的基本概念 了解最小相位延时系统 理解全通系统的特点及应用 掌握冲激响应不变法 掌握双线性变换法 掌握Butterworth、Chebyshev低通滤波器的特点 了解利用模拟滤波器设计IIR数字滤波器的设计过程 了解利用频带变换法设计各种类型数字滤波器的方法
6.2 最小与最大相位延时系统、最小 与最大相位超前系统
LSI系统的系统函数：
M
M
(1cmz1)
(zcm)
H(z)KmN1
Kz(NM)
m1 N
(1dkz1)
(zdk)
k1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱk1
频率响应：
M
(ejcm)
H(ej)Kej(NM)m N 1
H(ej)ejarg[H(ej)]
(ejdk)
可k 整1理ppt
H (ej)H (ej)ej(j)
H ( e j ) 为幅频特性：表示信号通过该滤波器
后各频率成分的衰减情况
( j) 为相频特性：反映各频率成分通过滤波
器后在时间上的延时情况
可整理ppt
理想滤波器不可实现，只能以实际滤波器逼近
通带： c
11H(ej)1
阻带： st H(ej) 2
过渡带： cst
c ：通带截止频率 s t ：阻带截止频率
1 ：通带容限
2 ：阻带容限
可整理ppt
通带最大衰减： 1
12 0lgH H ((e ejj 0 c)) 2 0lgH (ej c) 2 0lg (11)
阻带最小衰减： 2
220lgH H ((e ej j0 st)) 20lgH (ejst) 20lg2
第六章 IIR滤波器的设计
可整理ppt
1
主要内容
理解数字滤波器的基本概念 了解最小相位延时系统 理解全通系统的特点及应用 掌握冲激响应不变法 掌握双线性变换法 掌握Butterworth、Chebyshev低通滤波器的特点 了解利用模拟滤波器设计IIR数字滤波器的设计过程 了解利用频带变换法设计各种类型数字滤波器的方法
3.3 模拟高通滤波器设计-数字信号处理.ppt
例： 设计满足下列条件的模拟BW型高通滤波器
fp=5kHz, fs=1kHz, Ap1dB, As 40dB
Gain in dB
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70
0
1000
2000 3000 4000 Frequency in Hz
5000
6000
Ap= 40.0000 As= 0.1098
1)
④ 求高通滤波器的传递函数
H(s) = G(P) |P=p / s = G(P) |P=200π / s
例： 设计满足下列条件的模拟BW型高通滤波器
fp=5kHz, fs=1kHz, Ap1dB, As 40dB。
%高通滤波器的设计 wp=1/(2*pi*5000);ws=1/(2*pi*1000);Ap=1;As=40; [N,Wc]=buttord(wp,ws,Ap,As,'s'); [num,den] = butter(N,Wc,'s'); disp('LP 分子多项式'); fprintf('%.4e\n',num); disp('LP 分母多项式'); fprintf('%.4e\n',den); [numt,dent] = lp2hp(num,den,1); disp('HP 分子多项式'); fprintf('%.4e\n',numt); disp('HP 分母多项式'); fprintf(‘%.4e\n’,dent);
3.3 模拟高通滤波器设计
1.模拟高通滤波器的设计 由于滤波器的幅频特性都是频率的偶函数，
低通滤波器G（jλ）和高通滤波器的H（jη） 的幅频特性曲线为：
02-第12讲： FIR滤波器的最优化设计(二)(课件)
重复上述步骤，直到 的值改变很小，迭代结束，这 个 即为所求的 2 最小值。由最后一组极值点频率求 出 H ( ) ，反变换得到h(n) , 完成设计。
优点： c 和 s 可准确确定；
逼近误差均匀分布，相同指标下，滤波器所需阶数低。
有一些估算公式可用于决定最佳滤波器长 度N：
N 20 lg 12 13 1 14.6(r c ) / 2
k 0
式中k
M 1
i0,ik
(cosi
1
cosk )
2）由
求 H ( ) 和 E ( )
利用重心形式的拉格朗日插值公式，
H
()
M 1
[
k 0
cos
k cos k
]H
( k
)
M 1
k
k 0 cos cosk
其中
H
(k
)
H
d
(k
)
(1)k
W
(k
)
E W H d ( ) H ( )
dev：是一个B个元素的向量,分别表示FIR滤波器在B个频带中的 波动值。fs: 采样频率
返回参数：fpts，mag为B个频带的2B个边界频率和幅度值。wt 为B表示各频带的加权值，缺省时表示各频带的加权值相同。
例 利用雷米兹交替算法，设计一个线性相位低通
FIR 数 字 滤 波 器 ， 其 指 标 为 ： 通 带 边 界 频 率 fc=800Hz，阻带边界 fr=1000Hz，通带波动 0.5dB 阻带最小衰减 At=40dB，采样频率 fs=4000Hz。
逼近方法：固定 k、M、 和 ，以 作为参变量。按照 交替定理，如果F 上的M+2个极值点频率 已知，则由（1）式可得到M+2 个方程：
优点： c 和 s 可准确确定；
逼近误差均匀分布，相同指标下，滤波器所需阶数低。
有一些估算公式可用于决定最佳滤波器长 度N：
N 20 lg 12 13 1 14.6(r c ) / 2
k 0
式中k
M 1
i0,ik
(cosi
1
cosk )
2）由
求 H ( ) 和 E ( )
利用重心形式的拉格朗日插值公式，
H
()
M 1
[
k 0
cos
k cos k
]H
( k
)
M 1
k
k 0 cos cosk
其中
H
(k
)
H
d
(k
)
(1)k
W
(k
)
E W H d ( ) H ( )
dev：是一个B个元素的向量,分别表示FIR滤波器在B个频带中的 波动值。fs: 采样频率
返回参数：fpts，mag为B个频带的2B个边界频率和幅度值。wt 为B表示各频带的加权值，缺省时表示各频带的加权值相同。
例 利用雷米兹交替算法，设计一个线性相位低通
FIR 数 字 滤 波 器 ， 其 指 标 为 ： 通 带 边 界 频 率 fc=800Hz，阻带边界 fr=1000Hz，通带波动 0.5dB 阻带最小衰减 At=40dB，采样频率 fs=4000Hz。
逼近方法：固定 k、M、 和 ，以 作为参变量。按照 交替定理，如果F 上的M+2个极值点频率 已知，则由（1）式可得到M+2 个方程：
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a(1)*y(n)=b(1)*x(n)+b(2)*x(n-1)+ +…+b(nb+1)*x(n-nb)
-a(2)*y(n-1)-…a(na+1)*y(n-na)
华中科技大学电信工程系
可以编写一个for循环来实现上面的表达式，在上 面 程 序 中 去 掉 yy1=filter(b1,a1,y)， 加 入 如 下 程 序：
yy1(1)=0;
yy1(2)=0;
b(1)=0.0625; b(2)=0.1250; b(3)=0.0625;
a(1)=0.1167; a(2)=0.1033; a(3)=0.0448;
n=254;
for i=1:n
yy1(i+2)=0.5*y(i+2)+y(i+1)+0.5*y(i)-
华中科技大学电信工程系
程序变换
将一些Matlab中的函数替换成简单的形式 FILTER，将原来的filter函数去掉，自己编
写一段函数，使其功能与filter函数的功能 是等同的，为了方便程序从MATLAN的平台转 换到DSP汇编的平台上。
华中科பைடு நூலகம்大学电信工程系
Y=FILTER[B，A，X]是以B，A系数对X输入进 行滤波，以得到输出Y，它是由如下的数学表 达式执行滤波功能，表达式如下：
华中科技大学电信工程系
使用MATLAB中的Cheby1型函数。下面是在MATLAB中设计的低通IIR型切比雪夫 滤波器程序
华中科技大学电信工程系
clear all; 存器值
clf; 清屏
N=256; 数
fs=600; 频率
dt=1/fs;
for k=1:N;
f1=250; 频率
f2=100; 频率
y=fft(yy1,N); 波后数据做功利谱分析
pyy=y.*conj(y);
f=(0:(N/2-1));
figure(2);
plot(f,pyy(1华:中N科/技2大)学电)信工程系
将信 做功
将滤
滤波前的信号
华中科技大学电信工程系
滤波后的信号
华中科技大学电信工程系
滤波器设计的第一步，参数选择已经完成。 紧接着，做一些必要的程序转换
华中科技大学电信工程系
设计过程
1。在Matlab语言中确定滤波器的各种参数 2。将Matlab语言转换成通用语言形式 3。编写实际硬件中运行的程序，我们采用DSP（54XX） 4。在硬件中调试程序
华中科技大学电信工程系
MATLAB编程
MATLAB由于具有数值计算功能、符号计算功能、数据可视化功能、建模仿真 可视化功能使得在命题构思、模型建立、仿真研究、假想验证、数据可视化 各个环节有着非凡的功能。
将参数按比例缩小，
a1=a1/(8*1.0711);
为了DSP做准备，MATLAB中不需要
华中科技大学电信工程系
yy1=filter(b1,a1,y); 滤波
y=fft(y,N); 号做FFT变换
pyy=y.*conj(y); 利谱分析
f=(0:(N/2-1));
figure(1);
plot(f,pyy(1:N/2))
滤波器的设计
1。滤波器的应用对象，
频率估计，去噪，信号处理
2。滤波器的设计要求，
系数等
指标，阶数，转折频率，纹波
3。 滤波器的设计，
高级语言，汇编语言
4。 滤波器的实现，
软件调试，硬件调试
华中科技大学电信工程系
设计滤波器
滤波器的设计要求 设计滤波器对采样频率为600HZ，
信号频率为100，250，270HZ的双正弦等幅 信号，要求滤去200HZ以上 的信号成分
华中科技大学电信工程系
1。低通滤波器 2。不需要很高的阶数
设计思路
华中科技大学电信工程系
1。定指标 2。确定滤波器的系数 3。设计程序 4。调试
设计思路
华中科技大学电信工程系
设计一个3阶低通切比雪夫滤波器将信号源中频率为200hz以上的信号滤掉， 留下频率为100hz的信号频率，达到滤波的效果。
自适应滤波器的设计
华中科技大学电信工程系
感谢下 载
0.83*yy1(i+1)-0.36*yy1(i);
end
华中科技大学电信工程系
进行DSP编程
1. 流水线冲突 2. 编译模拟选择 3. 利用TMS320C54X中的两个累加器 4. 指令对寻址空间的要求
华中科技大学电信工程系
硬件调试需要注意的问题
硬件调试
华中科技大学电信工程系
其他各种滤波器的设计
华中科技大学电信工程系
清寄
数据点 采样
信号 信号
lp=200;
截止频率
wn1=2*lp/fs;
函数的参数
[z1,p1,k1] = CHEBY1(2,0.5,wn1);
滤波器的极零点表示
[b1,a1] = CHEBY1(2,0.5,wn1);
滤波器的传递函数表示
b1=b1/(8*1.0711);
-a(2)*y(n-1)-…a(na+1)*y(n-na)
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可以编写一个for循环来实现上面的表达式，在上 面 程 序 中 去 掉 yy1=filter(b1,a1,y)， 加 入 如 下 程 序：
yy1(1)=0;
yy1(2)=0;
b(1)=0.0625; b(2)=0.1250; b(3)=0.0625;
a(1)=0.1167; a(2)=0.1033; a(3)=0.0448;
n=254;
for i=1:n
yy1(i+2)=0.5*y(i+2)+y(i+1)+0.5*y(i)-
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程序变换
将一些Matlab中的函数替换成简单的形式 FILTER，将原来的filter函数去掉，自己编
写一段函数，使其功能与filter函数的功能 是等同的，为了方便程序从MATLAN的平台转 换到DSP汇编的平台上。
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Y=FILTER[B，A，X]是以B，A系数对X输入进 行滤波，以得到输出Y，它是由如下的数学表 达式执行滤波功能，表达式如下：
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使用MATLAB中的Cheby1型函数。下面是在MATLAB中设计的低通IIR型切比雪夫 滤波器程序
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clear all; 存器值
clf; 清屏
N=256; 数
fs=600; 频率
dt=1/fs;
for k=1:N;
f1=250; 频率
f2=100; 频率
y=fft(yy1,N); 波后数据做功利谱分析
pyy=y.*conj(y);
f=(0:(N/2-1));
figure(2);
plot(f,pyy(1华:中N科/技2大)学电)信工程系
将信 做功
将滤
滤波前的信号
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滤波后的信号
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滤波器设计的第一步，参数选择已经完成。 紧接着，做一些必要的程序转换
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设计过程
1。在Matlab语言中确定滤波器的各种参数 2。将Matlab语言转换成通用语言形式 3。编写实际硬件中运行的程序，我们采用DSP（54XX） 4。在硬件中调试程序
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MATLAB编程
MATLAB由于具有数值计算功能、符号计算功能、数据可视化功能、建模仿真 可视化功能使得在命题构思、模型建立、仿真研究、假想验证、数据可视化 各个环节有着非凡的功能。
将参数按比例缩小，
a1=a1/(8*1.0711);
为了DSP做准备，MATLAB中不需要
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yy1=filter(b1,a1,y); 滤波
y=fft(y,N); 号做FFT变换
pyy=y.*conj(y); 利谱分析
f=(0:(N/2-1));
figure(1);
plot(f,pyy(1:N/2))
滤波器的设计
1。滤波器的应用对象，
频率估计，去噪，信号处理
2。滤波器的设计要求，
系数等
指标，阶数，转折频率，纹波
3。 滤波器的设计，
高级语言，汇编语言
4。 滤波器的实现，
软件调试，硬件调试
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设计滤波器
滤波器的设计要求 设计滤波器对采样频率为600HZ，
信号频率为100，250，270HZ的双正弦等幅 信号，要求滤去200HZ以上 的信号成分
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1。低通滤波器 2。不需要很高的阶数
设计思路
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1。定指标 2。确定滤波器的系数 3。设计程序 4。调试
设计思路
华中科技大学电信工程系
设计一个3阶低通切比雪夫滤波器将信号源中频率为200hz以上的信号滤掉， 留下频率为100hz的信号频率，达到滤波的效果。
自适应滤波器的设计
华中科技大学电信工程系
感谢下 载
0.83*yy1(i+1)-0.36*yy1(i);
end
华中科技大学电信工程系
进行DSP编程
1. 流水线冲突 2. 编译模拟选择 3. 利用TMS320C54X中的两个累加器 4. 指令对寻址空间的要求
华中科技大学电信工程系
硬件调试需要注意的问题
硬件调试
华中科技大学电信工程系
其他各种滤波器的设计
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清寄
数据点 采样
信号 信号
lp=200;
截止频率
wn1=2*lp/fs;
函数的参数
[z1,p1,k1] = CHEBY1(2,0.5,wn1);
滤波器的极零点表示
[b1,a1] = CHEBY1(2,0.5,wn1);
滤波器的传递函数表示
b1=b1/(8*1.0711);