?rad/sample;?s ,单位为dB)如表2所示:
表2 级联结构滤波器对性能指标的影响 级联结构 性能指标 初始设计指标 △ Ws 0.2498 0.2495117 0.00002883 ?s 40 40.72084 -0.72084 分析:由图3和表2可以看出,Ws下降了0.0002883?rad/sample,as上升了0.72084dB。与
标误差较Direct-Form I更小,误差可以忽略。
3、两种滤波器结构对性能指标影响的比较与总结
比较表1和表2发现:在参数字长保留了小数点后10位的情况下,两种结构的滤波器较初始设计在性能指标方面均有误差。
由于直接型滤波器的系数不是直接决定单个零极点,不能很好的进行滤波器性能的控制,且直接型滤波器的极点对参数的变化过于敏感,从而使得系统的频率响应对参数的变化也特别敏感,容易出现不稳定或产生较大误差;而级联型滤波器每个二阶系数单独控制一对零、极点,有利于控制频率响应。因此直接型误差比级联型更大,受有限参数字长影响更大,主要表现在直接型的ωs 和?s与设计要求的相应性能间的差的绝对值普遍大于级联型。此外,级联型的的幅频响应曲线的通带的波动稳定性要稍好于直接型。
所以,参数字长有限的情况下,级联结构型滤波器对参数变化的反应要比直接结构型的更小,性能指标误差更小,滤波效果更好,更能符合设计指标的要求。
三 参数字长对性能指标的影响
在实际的数字滤波器的设计中,由于计算机或DSP芯片等的字长和存储空间有限,所以也只能对设计参数取有限的字长进行设计。然而,如果字长太短,则设计的滤波器误差就会太大,造成滤波效果不佳。下面就将以上述性能指标为依据,初始设计的椭圆数字IIR带阻滤波器为例,研究不同参数字长对性能指标的影响。并为合适参数字
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长的确定探索规律。
将计算获得的梳状滤波器的系数输入图1所示的filter coefficients工具中,并点击Import Filter按钮,生成数字滤波器。运用FDATOOL工具左下侧上数第三个的Set quantization parameters按钮,在filter arithmetic下拉菜单下选择Fixed Point选项,进入如图6所示的界面。
图6 Set quantization parameters工作界面
通过改变coefficient word length的值便可以改变参与构建滤波
器的参数字长。
1、参数字长取2位对性能指标的影响
将coefficient word length的值改为2,点击下方的Apply按
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钮,此时设计的滤波器幅频响应曲线和性能指标如图7所示:
图7 参数字长取2位时的滤波器幅频响应曲线图
图7中的虚线为供参考的理想字长下生成的滤波器的幅频响应曲线,图中实线为参数字长取为2位时的滤波器幅频响应曲线。从图中可以看出:字长为2位时,滤波器的各项性能指标离设计指标偏差很大,滤波器失真明显,滤波效果很差,远远不能满足设计指标的要求。
2、参数字长取4位对性能指标的影响
将coefficient word length的值改为4,点击下方的Apply按钮,此时设计的滤波器幅频响应曲线和性能指标如图8和表3所示:
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图8 参数字长取4位时的滤波器幅频响应曲线图
表3参数字长取4位时的实际性能指标一览表 级联结构 性能指标 初始设计指标 △ Ws 0.2498 0.2294922 0.0203078 ?s 40 * * 由图8和表3可以看出,当参数字长取为4位时,幅频曲线失真度较2位时有明显改进,但仍很明显:阻带截止频率分别有较大的偏移,使得截止频率坡度非常平缓,滤波效果很差。阻带波动平缓,最小衰减频率不明显,通带甚至出现了正增益。离设计指标差距仍然很大。
3、参数字长取6位对性能指标的影响
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将coefficient word length的值改为6,点击下方的Apply按钮,此时设计的滤波器幅频响应曲线和性能指标如图9和表4所示:
图9参数字长取6位时的滤波器幅频响应曲线图
表4参数字长取6位时的实际性能指标一览表 级联结构 性能指标 初始设计指标 △ Ws 0.2498 0.2440186 0.0057814 ?s 40 37.48091 2.51909 由图9和表4可以看出,当参数字长取为6位时,幅频曲线失真进一步减小,已经初具带阻滤波器的形制。性能指标也明显接近设计要求:阻带截止频率与设计要求间的误差已经缩小至?0.02的范围
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