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濾波器實現結構的影響因素有哪些?

在計算出數字信號需要的濾波器系數之后,我們還需思考濾波器設計的結構一般人們比較在意濾波器系數的求解,而經常忽略濾波器的實現結構。其實在實際的理論上,相同的濾波器,采用不同的實現結構,其結果是完全相同的。但在工程實際中,不同的實現結構,結果可能相差很大。而且,在不同的應用場合,對濾波器的實現結構也有不同的要求。這些到底是為什么呢? 

  一方面,在理論分析中,有一個基本的假定即數據是無限精確的,但在實際的數字系統中,數是有限精度的,這也即是通常所說的字長有限。另外,在不同的應用場合,對系統的運算速度要求不盡相同,對系統的造價要求也不盡相同,這時,也要盡量選擇合適的實現結構。在現實工程實踐中,到底哪些因素影響濾波器實現結構的選擇呢? 

  運算復雜度主要是指運算量的要求。在實時系統中,希望運算效率盡量高,在濾波器設計階段,往往要求濾波器的階數盡量低。在濾波器結構選擇階段,則是希望對于相同階數的濾波器,所需的算術運算盡量少。 

  存儲量需求主要設計到系統硬件資源的開銷,從而影響系統的造價。在選擇實現結構的時候,希望所要求的存儲量盡量小。在濾波器系數不是很多的情況下,這樣的差別可能關系不是很大,但如果濾波器系數很多,則對系統資源的開銷差別就會比較明顯。而且,在有些場合,比如雷達聲納等軍事應用領域,價格因素相對不是很重要,但在手機等商業性競爭領域,價格因素是致命的,這時候系統資源的節約就有重要的價值。 

  有限字長的影響是濾波器實現結構選擇時的另外一個非常重要的考慮。有些實現結構非常便于理解,也易于實現,可是對有限字長造成的影響非常敏感。比如說對IIR濾波器而言,如果極點位于單位圓附近,系統的量化誤差很容易就會使極點從單位圓內變成單位圓外,從而導致系統的不穩定。這時候,采用對有限字長影響不敏感的實現結構就至關重要。 

  此外,是否易于并行運算以及是否能夠實現流水線運算也常影響濾波器的實現結構。 


【上一個】 工業電網中的諧波治理和無功補償 【下一個】 變頻器和濾波器的選擇以及它的應用技術


 · 濾波器實現結構的影響因素有哪些?

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