IIR濾波器理論
發布時間:2008/12/17 0:00:00 訪問次數:853
顧名思義,非遞歸濾波器,也就是fir濾波器,沒有引入反饋。這種濾波器的脈沖響應是有限的。相反,遞歸濾波器,也就是iir濾波器,具有反饋,一般認為具有無限的脈沖響應。圖1(a)分別給出了具有遞歸部分和沒有遞歸部分的濾波器。如果將這些遞歸和非遞歸部分組合起來就生成了典型的如圖1(b)所示的濾波器。圖1中濾波器的傳遞函數可以寫成:
圖1 帶有反饋的濾波器
與fir濾波器的差分方程(3.2)進行比較就會發現,遞歸系統的差分方程不僅僅依賴于輸入序列x[n]的前l個值,而且與y[n]的前l-1個 值有關。
如果計算f(z)的極點和零點,就可以看到非遞歸部分,也就是f(z)的分子具有零點poι,而f(z)的分母具有極點p∞ι。
對于傳遞函數而言,極點/零點圖可以用來查找濾波器最重要的屬性。在z域的傳遞函數中如果用ωr進行替換,就可以通過圖像的方法構造傅 立葉傳遞函數:
如圖2所示,給出了具體的幅值(也就是增益)和相位值。對應于具體頻率ω0,增益是零點向量v1與極點向量u1的商。這些向量分別起始于各 自的零點或極點,終止于增益的頻率點ejω0t。圖2中示例的相位增益就是θ(ω0)=α0+α1-β0。
圖2 用極點/零點分布圖計算傳遞函數
利用傅立葉域內的傳遞函數與極點/零點圖之間的聯系,我們可以推導出下列幾個屬性:
(1)單位圓上的零點p0=ejω0t(無與之抵消的極點)生成傅立葉域內傳遞函數在頻率ωo的一個零點。
(2)單位圓上的極點p∞=ejω0t(無與之抵消的零點)生成傅立葉域內傳遞函數在頻率ω0的無窮增益。
(3)獨立于輸入信號的穩定濾波器的所有極點都位于單位圓內部。
(4)實際的濾波器在單位圓上具有單個極點和零點,而復數極點和零點總是成對出現,也就是說如果αo+jα1;是一個極點或者零點,則αo-jα1也必定是極點或者零點。
(5)線性相位(也就是常數組延遲)濾波器所有的極點和零點都是關于單位圓對稱的,或者它們位于z=0。
如果將3與5組合起來,就會發現對于穩定的線性相位系統而言,所有零點都關于單位圓對稱,并且只允許極點位于z=0。
因此,iir濾波器(極點z≠0)只能是近似的線性相位。為了實現近似,需要采用一種來自模擬濾波設計的著名原則:全通濾波器具有單位增益,引入非零相位增益,用來實現增益周期范圍(也就是通頻帶)內的線性化。
歡迎轉載,信息來源維庫電子市場網(www.dzsc.com)
顧名思義,非遞歸濾波器,也就是fir濾波器,沒有引入反饋。這種濾波器的脈沖響應是有限的。相反,遞歸濾波器,也就是iir濾波器,具有反饋,一般認為具有無限的脈沖響應。圖1(a)分別給出了具有遞歸部分和沒有遞歸部分的濾波器。如果將這些遞歸和非遞歸部分組合起來就生成了典型的如圖1(b)所示的濾波器。圖1中濾波器的傳遞函數可以寫成:
圖1 帶有反饋的濾波器
與fir濾波器的差分方程(3.2)進行比較就會發現,遞歸系統的差分方程不僅僅依賴于輸入序列x[n]的前l個值,而且與y[n]的前l-1個 值有關。
如果計算f(z)的極點和零點,就可以看到非遞歸部分,也就是f(z)的分子具有零點poι,而f(z)的分母具有極點p∞ι。
對于傳遞函數而言,極點/零點圖可以用來查找濾波器最重要的屬性。在z域的傳遞函數中如果用ωr進行替換,就可以通過圖像的方法構造傅 立葉傳遞函數:
如圖2所示,給出了具體的幅值(也就是增益)和相位值。對應于具體頻率ω0,增益是零點向量v1與極點向量u1的商。這些向量分別起始于各 自的零點或極點,終止于增益的頻率點ejω0t。圖2中示例的相位增益就是θ(ω0)=α0+α1-β0。
圖2 用極點/零點分布圖計算傳遞函數
利用傅立葉域內的傳遞函數與極點/零點圖之間的聯系,我們可以推導出下列幾個屬性:
(1)單位圓上的零點p0=ejω0t(無與之抵消的極點)生成傅立葉域內傳遞函數在頻率ωo的一個零點。
(2)單位圓上的極點p∞=ejω0t(無與之抵消的零點)生成傅立葉域內傳遞函數在頻率ω0的無窮增益。
(3)獨立于輸入信號的穩定濾波器的所有極點都位于單位圓內部。
(4)實際的濾波器在單位圓上具有單個極點和零點,而復數極點和零點總是成對出現,也就是說如果αo+jα1;是一個極點或者零點,則αo-jα1也必定是極點或者零點。
(5)線性相位(也就是常數組延遲)濾波器所有的極點和零點都是關于單位圓對稱的,或者它們位于z=0。
如果將3與5組合起來,就會發現對于穩定的線性相位系統而言,所有零點都關于單位圓對稱,并且只允許極點位于z=0。
因此,iir濾波器(極點z≠0)只能是近似的線性相位。為了實現近似,需要采用一種來自模擬濾波設計的著名原則:全通濾波器具有單位增益,引入非零相位增益,用來實現增益周期范圍(也就是通頻帶)內的線性化。
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