FIR濾波器的原理及特點(diǎn)

　　在現代電子系統中，到處都可以看到數字信號處理( DSP )的應用，從MP3播放器、數碼相機到手機。在這些數字信號處理系統中，如語(yǔ)音或音頻信號處理中，有限沖激響應(FIR)濾波器是最常用的組件之一，它能完成信號預調、頻帶選擇和濾波等功能。下面我們將來(lái)了解其的工作原理以及特點(diǎn)：

　　FIR(Finite Impulse Response)濾波器：有限長(cháng)單位沖激響應濾波器，又稱(chēng)為非遞歸型濾波器，是數字信號處理系統中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時(shí)具有嚴格的線(xiàn)性相頻特性，同時(shí)其單位抽樣響應是有限長(cháng)的，因而濾波器是穩定的系統。因此，FIR濾波器在通信、圖像處理、模式識別等領(lǐng)域都有著(zhù)廣泛的應用。

圖1 FIR濾波器

　　1.工作原理

　　在進(jìn)入FIR濾波器前，首先要將信號通過(guò)A/D器件進(jìn)行模數轉換，把模擬信號轉化為數字信號;為了使信號處理能夠不發(fā)生失真，信號的采樣速度必須滿(mǎn)足香農采樣定理，一般取信號頻率上限的4-5倍做為采樣頻率;一般可用速度較高的逐次逼進(jìn)式A/D轉換器，不論采用乘累加方法還是分布式算法設計FIR濾波器，濾波器輸出的數據都是一串序列，要使它能直觀(guān)地反應出來(lái)，還需經(jīng)過(guò)數模轉換，因此由FPGA構成的FIR濾波器的輸出須外接D/A模塊。FPGA有著(zhù)規整的內部邏輯陣列和豐富的連線(xiàn)資源，特別適合于數字信號處理任務(wù)，相對于串行運算為主導的通用DSP芯片來(lái)說(shuō)，其并行性和可擴展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以設計出高速的FIR數字濾波器。

圖2 FIR濾波器工作原理圖

　　2.特點(diǎn)

　　有限長(cháng)單位沖激響應(FIR)濾波器有以下特點(diǎn)：

　　(1) 系統的單位沖激響應h (n)在有限個(gè)n值處不為零

　　(2) 系統函數H(z)在|z|>0處收斂，極點(diǎn)全部在z = 0處(因果系統)

　　(3) 結構上主要是非遞歸結構，沒(méi)有輸出到輸入的反饋，但有些結構中(例如頻率抽樣結構)也包含有反饋的遞歸部分。

　　設FIR濾波器的單位沖激響應h (n)為一個(gè)N點(diǎn)序列，0 ≤ n ≤N —1，則濾波器的系統函數為：

　　H(z)=∑h(n)*z^-k

　　就是說(shuō)，它有(N—1)階極點(diǎn)在z = 0處，有(N—1)個(gè)零點(diǎn)位于有限z平面的任何位置。

　　以上就是FIR濾波器的原理及特點(diǎn)介紹了。DSP設計人員的工具箱的支柱之一是有限脈沖響應(FIR)濾波器。FIR濾波器越長(cháng)(有大量的抽頭)，濾波器的響應越好。但是更多的抽頭增加了邏輯要求、增加了計算的復雜性，增加了功耗，以及有更大可能的飽和/溢出。

關(guān)注公眾號“優(yōu)特美爾商城”，獲取更多電子元器件知識、電路講解、型號資料、電子資訊，歡迎留言討論。