在信號(hào)處理中，濾波是一個(gè)必不可少的過程，它從信號(hào)中去除不需要的分量。一類特殊的濾波器是有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，我們將在本文中更詳細(xì)地討論它。在簡(jiǎn)要描述數(shù)字濾波器之后，我們將討論FIR濾波器的結(jié)構(gòu)和功能。我們概述了FIR濾波器在測(cè)量軟件OXYGEN中的實(shí)現(xiàn)。

什么是數(shù)字濾波器?

數(shù)字濾波器是一種數(shù)學(xué)算法，用于處理信號(hào)以提取信息并去除不需要的信息，例如阻塞或通過某個(gè)頻率范圍。因此，它是一種通過轉(zhuǎn)換過程將輸入序列轉(zhuǎn)換為輸出序列的數(shù)字系統(tǒng)。

有各種不同類型的濾波器。但是，根據(jù)脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度，我們可以將數(shù)字濾波器分為以下幾種:

無限脈沖響應(yīng)(IIR)

有限脈沖響應(yīng)(FIR)

與用電子元件(如電容、線圈、電阻等)實(shí)現(xiàn)的模擬濾波器不同，數(shù)字濾波器是用邏輯器件(如ASIC、FPGA)實(shí)現(xiàn)的，或以信號(hào)處理器的順序程序的形式實(shí)現(xiàn)。

IIR和FIR濾波器之間的區(qū)別是什么?

一般來說，IIR和FIR濾波器對(duì)輸入脈沖的響應(yīng)是不同的。如果濾波器的脈沖響應(yīng)在有限時(shí)間過后降為零，它被稱為FIR濾波器(有限脈沖響應(yīng))。另一方面，如果脈沖響應(yīng)在時(shí)間上是無限的，則它是一個(gè)IIR濾波器(Infinite impulse response，無限脈沖響應(yīng))。數(shù)字濾波器的脈沖響應(yīng)是否在有限時(shí)間后降為零取決于輸出值是如何計(jì)算的。對(duì)于FIR濾波器，輸出值僅取決于當(dāng)前和之前的輸入值，而對(duì)于IIR濾波器，輸出值還取決于之前的輸出值。

與FIR濾波器相比，IIR濾波器的優(yōu)勢(shì)在于，執(zhí)行類似的濾波操作通常需要更少的系數(shù)，運(yùn)算速度更快，所需的內(nèi)存更少。然而，IIR濾波器的一個(gè)很大的缺點(diǎn)是它們的非線性相位響應(yīng)。對(duì)于不需要相位信息的應(yīng)用，如監(jiān)測(cè)信號(hào)幅度，IIR濾波器非常適合。但是，對(duì)于需要線性相位響應(yīng)的應(yīng)用，F(xiàn)IR濾波器通常更適合。

FIR濾波器是如何工作的?

圖1展示了FIR濾波器的功能操作。在輸入端，數(shù)據(jù)/值x(n)被A/D轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘逐時(shí)鐘(采樣逐樣本)應(yīng)用。

在上面一行中，有移位元素(z-1)，它為每個(gè)時(shí)鐘周期將應(yīng)用于輸入的數(shù)據(jù)/值移位一步。這意味著在下面的例子結(jié)束時(shí)，值x(n-3)比當(dāng)前值x(n)早3個(gè)時(shí)鐘周期。中間是FIR系數(shù)k0 - km。這些系數(shù)表示一個(gè)將輸入值乘以增益k的放大器。下面一行是求和分支，它將所有乘法(積分)的結(jié)果相加。輸出的y(n)就是根據(jù)FIR系數(shù)得到的處理后的信號(hào)，可以用下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式表示:

OXYGEN軟件中的FIR濾波器

OXYGEN是我們直觀的測(cè)試和測(cè)量軟件。它是一個(gè)用于測(cè)量、可視化和各種應(yīng)用分析的一體化軟件。因此，它包括各種各樣的特征，其中包括FIR濾波器它是一個(gè)易于使用的工具，允許你在四種不同的過濾器類型中進(jìn)行選擇:

低通

高通

帶通

帶阻

一旦選定，只需輸入濾波器長(zhǎng)度、所需的窗函數(shù)，以及是否要補(bǔ)償信號(hào)延遲，就可以開始了。有關(guān)如何在OXYGEN中設(shè)置FIR濾波器的更詳細(xì)指南，請(qǐng)聯(lián)系授權(quán)經(jīng)銷商倍迎電子。

簡(jiǎn)而言之

數(shù)字濾波器是一種數(shù)學(xué)算法，用于處理信號(hào)以提取和/或刪除不需要的信息。FIR濾波器是一類脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度有限的濾波器，因?yàn)樗谟邢迺r(shí)間內(nèi)趨于零。與IIR濾波器相比，F(xiàn)IR濾波器從根本上更穩(wěn)定，可以設(shè)計(jì)為線性相位。