14、定点效应在数字滤波器中的影响与应对策略

定点效应在数字滤波器中的影响与应对策略

1. 背景介绍

在研究数字滤波器时，其架构分析至关重要。若分析与实际情况不符，性能预测可能会产生误导甚至完全错误。目前，几乎所有数字滤波器分析协议都基于线性模型，但当出现有限字长效应导致的非线性行为时，这些模型的准确性就会受到挑战。为确保数字滤波器在实际应用中能正常工作，必须深入理解、测量和管理有限字长效应。

2. 定点系统概述

• 定点数表示 ：一个N位定点有符号数由1个符号位、I个整数位和F个小数位组成，即N = I + F + 1，这种系统被称为[N : F]格式。
• 动态范围与精度 ：[N : F]系统的动态范围为±2^I，最低有效位的权重为Q = 2^(-F)。由于定点系统的动态范围和精度有限，需要合理管理资源，否则会影响滤波器性能。

• 有限字长误差类型 ：

  • 溢出饱和
  • 算术舍入
  • 系数舍入
  • 数据缩放
  • 零输入极限环振荡

• 纠正措施 ：

  • 缩放输入或系数
  • 增加系统字长
  • 选择替代架构或滤波器模型

3. 滤波器设计与分析策略

滤波器设计与分