【STM32F407H7的DSP教程】第34章 滤波器基础知识 (3)

它是适应单边带技术而发展起来的。在20世纪70年代,集成晶体滤波器的产生,使它的发展产生一个飞跃。近十年来,晶体滤波器致力于下面一些研究:实现最佳设计,除具有优良的选择外,还具有良好的时域响应;寻求新型材料;扩展工作频率;改造工艺,使其向集成化发展。它广泛应用于多路复用系统中作为载波滤波器,在收发信中,单边带通信机中作为选频滤波器,在频谱分析仪和声纳装置中作为中频滤波器。

(3)声表面滤波器

它是理想的超高频器件。它的幅频特性和相位特性可以分别控制,以达到要求,而且它还有体积小,长时间稳定性好和工艺简单等特点。通常应用于:电视广播发射机中作为残留边带滤波器;在彩色电视接收机中调谐系统的表面梳形滤波器。此外,在国防卫星通信系统中已广泛采用。声表面滤波器是电子学和声学相结合的产物,而且可以集成,所以,它在所有无源滤波器中最有发展前途的。

各种新型滤波器太繁多,限于篇幅,不再一一叙述。

我国目前各种滤波器的应用比例

我国现有滤波器的种类和所覆盖的频率已基本上满足现有各种电信设备。从整体而言,我国有源滤波器发展比无源滤波器缓慢,尚未大量生产和应用。从下面的生产应用比例可以看出我国各类滤波器的应用情况:LC滤波器占50%;晶体滤波器占20%;机械滤波器占15%;陶瓷和声表面滤波器各占1%;其余各类滤波器共占13%。从这些应用比例来看,我国电子产品要想实现大规模集成,滤波器集成化仍然是个重要课题。

随着电子工业的发展,对滤波器的性能要求越来越高,功能也越来越多,并且要求它们向集成方向发展。我国滤波器研制和生产与上述要求相差甚远,为缩短这个差距,电子工程和科技人员负有重大的历史责任。

34.2 数字滤波器 34.2.1 数字滤波器和模拟滤波器区别

数字滤波器是对数字信号进行滤波处理以得到期望的响应特性的离散时间系统。作为一种电子滤波器,数字滤波器与完全工作在模拟信号域的模拟滤波器不同。数字滤波器工作在数字信号域,它处理的对象是经由采样器件将模拟信号转换而得到的数位信号。

数字滤波器的工作方式与模拟滤波器也完全不同:后者完全依靠电阻器、电容器、晶体管等电子元件组成的物理网络实现滤波功能;而前者是通过数字运算器件对输入的数字信号进行运算和处理,从而实现设计要求的特性。

数字滤波器理论上可以实现任何可以用数学算法表示的滤波效果。数字滤波器的两个主要限制条件是它们的速度和成本。数字滤波器不可能比滤波器内部的数字电路的运算速度更快。但是随着集成电路成本的不断降低,数字滤波器变得越来越常见并且已经成为了如收音机、蜂窝电话、立体声接收机这样的日常用品的重要组成部分。

数字滤波器一般由寄存器、延时器、加法器和乘法器等基本数字电路实现。随着集成电路技术的发展,其性能不断提高而成本却不断降低,数字滤波器的应用领域也因此越来越广。按照数字滤波器的特性,它可以被分为线性与非线性、因果与非因果、无限脉冲响应(IIR)与有限脉冲响应(FIR)等等。其中,线性时不变的数字滤波器是最基本的类型;而由于数字系统可以对延时器加以利用,因此可以引入一定程度的非因果性,获得比传统的因果滤波器更灵活强大的特性;相对于IIR滤波器,FIR滤波器有着易于实现和系统绝对稳定的优势,因此得到广泛的应用;对于时变系统滤波器的研究则导致了以卡尔曼滤波为代表的自适应滤波理论

34.2.2 数字滤波器特性

数字滤波器具有比模拟滤波器更高的精度,甚至能够实现后者在理论上也无法达到的性能。例如,对于数字滤波器来说很容易就能够做到一个1000Hz的低通滤波器允许999Hz信号通过并且完全阻止1001Hz的信号,模拟滤波器无法区分如此接近的信号。

数字滤波器相比模拟滤波器有更高的信噪比。这主要是因为数字滤波器是以数字器件执行运算,从而避免了模拟电路中噪声(如电阻热噪声)的影响。数字滤波器中主要的噪声源是在数字系统之前的模拟电路引入的电路噪声以及在数字系统输入端的模数转换过程中产生的量化噪声。这些噪声在数字系统的运算中可能会被放大,因此在设计数字滤波器时需要采用合适的结构,以降低输入噪声对系统性能的影响。

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