低通IIR滤波器设计万博1manbetx
这个例子展示了如何在Simulink中设计经典的低通IIR滤波器万博1manbetx®.
该示例首先介绍了使用的滤波器设计filterBuilder
.此设计中的关键参数是截止频率,即滤波器功率衰减到一半(3
dB)标称通带值。这个例子展示了如何用切比雪夫滤波器或相同阶的椭圆滤波器替换巴特沃斯设计,并以滤波器通带和/或阻带的一些波纹为代价获得更陡的滚转。该示例还探讨了最小阶设计。
然后,该示例展示了如何在Simulink中使用lowpass Filter块提供的接口来设计和使用低通滤波器。万博1manbetx
最后,该示例展示了可变带宽IIR滤波器,它使您能够在运行时更改滤波器截止频率。
filterBuilder
filterBuilder
启动用于构建过滤器的用户界面。filterBuilder
使用以规范为中心的方法为所需的响应找到最佳算法。它还允许您根据指定的设计创建Simulink块。万博1manbetx
开始设计IIR低通滤波器块使用filterBuilder
,执行命令filterBuilder (lp)
.打开“低通设计”对话框。
巴特沃斯滤波器
设计一个八阶巴特沃斯低通滤波器,其截止频率为5
kHz,假设采样率为44.1
KHz。
设置脉冲响应来信息检索
,命令模式来指定
,以及订单来8
.若要指定截止频率,请设置频率约束来半功率(3db)频率
.如果需要指定以Hz为单位的频率,请设置频率的单位来赫兹
,输入抽样率来44100
,半功率(3db)频率来5000
.设置设计方法来巴特沃斯
.
点击应用.若要可视化滤波器的频率响应,请单击查看筛选器响应.滤光片是最大程度的平坦。在通带和阻带中没有波纹。过滤器响应在规格掩码(红色虚线)内。
从这个设计生成一个块,并在模型中使用它。打开模型ex_iir_design
.在过滤器建设者,在代码生成选项卡上,单击生成模型.在“导出到Simulink”窗口中万博1manbetx,指定块名称作为黄油
而且目的地作为当前的
.您还可以选择使用延迟和增益等基本元素构建块,或使用DSP System Toolbox™过滤器块之一。本例使用筛选器块。
点击实现模型来生成Simulink块。万博1manbetx方法中的源和接收器块连接块的输入和输出端口ex_iir_design
模型。
在该模型中,有噪声的正弦波在44.1
kHz通过过滤器。正弦波被均值为零,方差为的高斯噪声所破坏105
.运行模型。频谱分析仪中的视图显示原始信号和过滤后的信号。
切比雪夫I型滤波器
现在设计一个切比雪夫I型滤波器。切比雪夫I型设计允许您控制通带。止水带仍然没有波纹。涟漪越大,滚落越陡。在这个模型中,峰间纹波被指定为0.5 dB。
在主要选项卡的过滤器建设者,设置
大小限制来
通带纹波
.通带纹波来
0.5
.设计方法来
切比雪夫I型
.
点击应用然后点击查看筛选器响应.
放大通带,您可以看到波纹包含在[-0.5,0]dB范围内。
与Butterworth过滤器类似,您可以通过单击该设计生成一个块生成模型在代码生成选项卡,然后单击实现模型.
切比雪夫II型滤波器
切比雪夫型II设计允许您控制阻带衰减。在通带中没有波纹。阻带衰减越小,滚转越陡。在本例中,阻带衰减为80
dB。设置过滤器建设者主要页签,单击应用.
点击查看筛选器响应.
要从此设计生成块,请在代码生成选项卡上,单击生成模型,然后按实现模型.
椭圆滤波器
与以前的设计相比,椭圆滤波器可以通过允许阻带和通带的波纹来提供更陡的滚转。为了说明这种行为,使用在切比雪夫设计中指定的相同通带和阻带特性。设置过滤器建设者主要页签,单击应用.
要从此设计生成块,请在代码生成选项卡上,单击生成模型,然后按实现模型.
最小订单的设计
要根据频率和可容忍纹波量指定通带和阻带,请使用最小阶设计。作为示例,验证命令模式的值设置为最低
,并设置设计方法来巴特沃斯
.将通带和阻带频率设置为0.1 * 22050
赫兹和0.3 * 22050
而通带纹波和阻带衰减到1
dB和60
分别dB。七阶滤波器是满足巴特沃斯设计规范的必要条件。通过遵循与其他设计方法相同的方法,您可以验证Chebyshev型I和型II设计需要五阶滤波器。对于椭圆设计,四阶滤波器就足够了。
该图显示了七阶巴特沃斯设计的震级响应。
七阶巴特沃斯设计的极点零点图显示了在单位圆上围绕零弧度角的7个极点的期望聚类,以及在π弧度角对应的7个零点。
低通滤波器块
作为替代方案过滤器建设者,你可以使用低通滤波器块在Simulink模型中。万博1manbetx的低通滤波器Block将设计和实现阶段合并为一个步骤。该滤波器使用椭圆方法设计其系数,并允许最小顺序和自定义顺序设计。
的低通滤波器模型中使用Blockex_lowpass
对采样的有噪声的正弦波信号进行滤波44.1
kHz。原始信号和滤波后的信号显示在频谱分析仪中。
模型=“ex_lowpass”;open_system(模型);set_param(模型,“StopTime”,'1024/44100 * 1000') sim(模型);
的低通滤波器块允许您设计的滤波器近似任意接近巴特沃斯和切比雪夫滤波器。为了近似切比雪夫I型滤波器,使阻带衰减任意大,例如,180
dB。为了近似切比雪夫II型滤波器,使通带纹波任意小,例如,1的军医
.为了近似巴特沃斯滤波器,使阻带衰减任意大,通带纹波任意小。
可变带宽IIR滤波器块
您还可以设计允许您在运行时更改截止频率的滤波器。的可变带宽IIR滤波器Block可以用于这种情况。请参阅Simulink中噪声输入的可调低通滤波万博1manbetx使用此块的模型示例。