有限脉冲响应(FIR)数字滤波器设计全解析
1. 等波纹设计方法
等波纹设计方法在滤波器设计中具有独特优势。其滤波器阶数计算公式为:
[L = \frac{-10 \log_{10}(\varepsilon_p\varepsilon_s) - 13}{2.324(\omega_s - \omega_p)} + 1]
其中,(\varepsilon_p) 是通带波纹,(\varepsilon_s) 是阻带波纹。该算法通过迭代寻找偏离标称值的局部最大误差位置,并逐次减小最大误差,直至所有偏差误差值相同。通常采用雷米兹(Remez)方法选择新频率,即选取两次迭代间误差曲线峰值最大的频率集。在过去,MatLab 中的等波纹函数名为 remez ,现在已更名为 firpm (Parks - McClellan)。
与直接频率法(有无数据窗均可)相比,等波纹设计方法的优势在于可分别指定通带和阻带偏差。例如在音频应用中,可指定通带波纹更高,因为人耳只能感知大于 3 dB 的差异。从相关对比可知,具有与凯泽窗设计相同容差要求的等波纹设计,滤波器阶数显著降低,如 27 阶对比 59 阶。
2. 常系数 FIR 设计
在许多应用中,滤波器为线性时不变(LTI)系统,系数不随时间变化。此时,可通过利用实现 FIR 滤波器运算所需的乘法器和加法器(树)来降低硬件开销。
2.1 直接 FIR 设计
直接 FIR 滤波器可使用 VHDL 中的(顺序) PROCESS 语句或加法器和乘法器的“组件实例化”来实现。 PRO
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