0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

远红外滤波器的工作原理/优点/应用

科技观察员 来源:utmel 作者:utmel 2023-03-08 15:25 次阅读

FIR(有限脉冲响应)滤波器是一种有限长度单位脉冲响应滤波器,也称为非递归滤波器,是数字信号处理系统中最基本的元件。它可以保证任意幅频特性,同时具有严格的线性相频特性,其单位采样响应是有限的,因此滤波器是一个稳定的系统。

I 什么是远红外滤波器?

FIR(有限脉冲响应)滤波器是一种有限长度单位脉冲响应滤波器,也称为非递归滤波器,是数字信号处理系统中最基本的元件。它可以保证任意幅频特性,同时具有严格的线性相频特性,其单位采样响应是有限的,因此滤波器是一个稳定的系统。因此,FIR滤波器广泛应用于通信、图像处理、模式识别等领域。

二、工作原理

在进入FIR滤波器之前,必须先通过A/D器件将信号转换为8位数字信号。通常,可以使用更高速的逐次逼近型A/D转换器(SAR ADC)。

无论采用乘法累加法还是分布式算法来设计FIR滤波器,滤波器输出的数据都是一系列序列。为了使它直观地反映,它需要进行数模转换。因此,由FPGA组成的FIR滤波器的输出必须连接到D/A模块。

FPGA具有规则的内部逻辑阵列和丰富的布线资源,特别适用于数字信号处理。与以串行操作为主的通用DSP芯片相比,它具有更好的并行性和可扩展性。使用FPGA进行乘法和累加的快速算法可以帮助我们设计高速FIR数字滤波器。

三、远红外滤波器实现

FIR 滤波器的硬件实现方式有以下几种:

1. 集成电路

它是采用单片机通用数字滤波器集成电路。该电路使用简单,但由于字长和顺序规格少,不容易完全满足实际需要。虽然可以使用多芯片扩展来满足要求,但它会增加体积和功耗,因此在实际应用中受到限制。

2. 数字信号处理器芯片

DSP芯片具有可调用的专用数字信号处理功能,也可以根据芯片指令集的结构,有自己的代码来实现FIR功能。

由于FIR设计的系数计算和量化复杂,一般采用MATLAB软件作为辅助设计。然后我们可以计算FIR的系数并设计和实现代码。

实现FIR滤波器相对简单,但因为程序是按顺序执行的,速度有限。而且,即使是同一家公司不同系统的DSP芯片,编程指令也不同,因此开发周期较长。

3. 可编程 FPGA/CPLD

还有一个可编程逻辑器件FPGA/CPLD。FPGA 具有常规的内部逻辑块阵列和丰富的布线资源。它特别适用于实现具有细晶和高平行结构的FIR滤波器。与以串行操作为主的通用DSP芯片相比,具有更好的并行性和可扩展性

四、远红外线 类型

有限脉冲响应(FIR)滤波器具有以下特性:

系统功能:

●z平面上分布有N-1个零点,其中z=0为N-1阶极点。

●在有限数量的n个值下,系统的单位脉冲响应h(n)不为零

●系统函数H(z)收敛于|z|》0,所有极点在z=0(因果系统)

●从输出到输入无反馈,一般为非递归结构

1. 横向类型

差分方程:

pYYBAGQCqZCANUJ9AAAKRLZ6Er4228.jpg

poYBAGQCqZKARgv2AAAxkGuYkRY484.jpg

图1.远红外滤波器横向结构

pYYBAGQCqZOAfb1xAAA7ePgz4-k581.jpg

图2.横向转置结构

2. 级联类型

将 H(z) 分解为实系数二阶因子的乘积形式:

poYBAGQCqZWAOc3MAAASyUcy4K8030.jpg

pYYBAGQCqZeAfwW9AABOgLC-HoI180.jpg

图3.FIR滤波器级联结构(N为奇数)

当 N 是偶数时,其中

poYBAGQCqZmAEM7tAAAD6p1w_ms622.jpg

之一(N-1 个零)

级联式特点:

●每个基本部分控制一对零点,方便控制滤波器的传输零点。

●需要更多的乘法运算。

3. 频率采样类型

N 频率样本 H(k) 的插值公式恢复 H(z):

pYYBAGQCqZuAJb4OAAAXzbBBiiY924.jpg

pYYBAGQCqZ2AZUcqAAAExiYSlcA324.jpg

K=0.1.。.N-1

Frequency response:

poYBAGQCqZ-ATHlWAAAVdSf5V-Y445.jpg

poYBAGQCqaGAE6RJAAA8mV2ZjIA595.jpg

Figure 4. Comb Filter Structure and Frequency Response Amplitude

Subsystem:

poYBAGQCqaSASyaQAAAKzISpWWc416.jpg

There is a pole on the unit circle:

poYBAGQCqaaAa27FAAAGTzZ4l_g400.jpg

Which offset with the kth zero, making the frequency response at this frequency

pYYBAGQCqaeAQgk-AAAE4dQarE4247.jpg

equal to H(k)。

poYBAGQCqaqAG1TjAABXLvfZ54U175.jpg

图5. FIR滤波器频率采样类型结构

优点和D是F频率 S放大S结构的优点

●调节H(k)可有效调节频响特性。

●如果h(n)的长度相同,则除各分支的增益H(k)外,网络结构完全相同,便于标准化和模块化。

●有限字长效应可能导致极点和零点不能完全偏移,导致系统不稳定。

●滤波系数多为复数,增加了复数乘法和存储量。

五 IIR和FIR之间的区别

1.两个滤波器都是数字滤波器。根据脉冲响应的差异,数字滤波器分为有限脉冲响应(FIR)滤波器和无限脉冲响应(IIR)滤波器。

对于FIR滤波器,脉冲响应在有限时间内衰减到零,其输出仅取决于当前和过去的输入信号值。对于IIR滤波器,脉冲响应理论上应该无限期地持续,其输出不仅取决于当前和过去的输入信号值,还取决于过去的信号输出值。

2. 远红外的脉冲响应有限。与IIR滤波器相比,FIR滤波器具有线性相位,易于设计。另一方面,为了设计具有相同参数的滤波器,FIR需要比IIR更多的参数,因此增加了DSP计算量。DSP需要更多的计算时间,这对DSP的实时性能有影响。

3.在性能方面,IIR滤波器的传递函数包括两组可调系数:零点和极点,对极点的唯一限制是在单位圆圈内。因此,可以使用较低的阶数来获得高选择性,这需要少量的存储单元和计算,并且具有很高的效率。但这种高效率是以相位非线性为代价的。选择性越好,相位非线性越严重。

FIR滤波器传递函数的极点固定在原点,不能移动。它只能通过改变零位置来改变其性能。因此,为了实现高选择性,必须使用更高的阶数。对于相同的滤波器设计指标,FIR滤波器的要求阶数可能比IIR滤波器高5-10倍。结果成本较高,延迟也比较大。如果需要线性相位,IIR滤波器必须增加一个全通网络进行相位校正,这也大大增加了滤波器的阶数和复杂性。FIR滤波器可以获得严格的线性相位。

poYBAGQCqTKAVLTwAACOYpfiICA930.png

图6.FIR 和 IIR 滤波器框图

4.从结构上看,IIR滤波器必须采用递归结构来配置极点,并确保极点在单位圆内。由于字长有限的影响,系数在计算过程中会四舍五入,导致极移。这种情况有时会导致稳定性问题,甚至寄生振荡。

相反,只要FIR滤波器采用非递归结构,在理论上或实际的有限精度计算中都不存在稳定性问题,因此频率特性误差也很小。此外,FIR滤波器可以使用快速傅里叶变换算法,在相同的阶数下计算速度可以快得多。

此外,还应注意的是,IIR滤波器虽然设计简单,但主要用于设计具有分段恒定特性的滤波器,如低通、高通、带通和带阻,这些特性往往离不开模拟滤波器模式。FIR滤波器更加灵活,特别容易适应一些特殊应用,如形成数字微分器或希尔伯特转换器等,因此具有更大的适应性和广泛的应用领域。

从上面的简单对比可以看出,IIR和FIR滤波器各有长处,因此在实际应用中应从各种考虑中挑选它们。

IIR更适合于对相位要求不敏感的场合,例如语言交流,这样可以充分发挥其高性价比的特点。而对于图像信号处理,在数据传输和其他以波形形式传输信息的系统中,对线性相位的要求更高。如果可能,最好使用 FIR 滤波器。当然,在实际应用中可能还需要考虑更多的因素。

无论IIR和FIR,阶数越高,信号延迟越大。同时,在IIR滤波器中,阶数越高,对系数的精度要求越高,否则容易造成有限字长误差将极点移出单位圆。因此,我们应该综合考虑顺序的选择。

VI 远红外滤波器应用

随着个人音频的发展,以前IIR滤波器处理音频造成的音质恶化越来越被市场所拒绝。虽然原来的IIR简单方便,计算量小,但其精度还不够。因此,在专业音频中,许多人使用FIR 4096的音频算法,例如拉脱维亚的Coneq等。

外冷花红外过滤器

为了弥补低分辨率下FIR的低频处理不佳,一些音频算法使用相反的WFIR滤波器。与FIR相反,WFIR可以更好地处理低频,但可以”t 在高频下工作。并且每个工作点的计算量达到FIR的6倍。

pYYBAGQCqayAIcSaAAD6OTYajGM238.jpg

图7.音频远红外滤波

远红外线音频滤波器的优点

FIR的优点是精度可以无限增加(在有足够的计算能力的前提下),IIR滤波器不存在相位精度问题,是一种比较高端的解决方案。

远红外音频滤波器的缺点

1.由于采用高精度,计算资源的使用,内存和功耗较高;

2、远红外主要解决其他领域的高频问题。在音频应用中,经常会出现低于1Khz的信号,至少FIR 512可以产生低于1K的效果。

3. 过度计算。由于FIR每个处理单元的宽度无法调整,因此当我们解决低频问题时,高频将被过度计算。

新解决方案

FIR和IIR的混合使用,以及新开发的音频VIR滤波器。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 滤波器
    +关注

    关注

    162

    文章

    8023

    浏览量

    180649
  • FIR
    FIR
    +关注

    关注

    4

    文章

    151

    浏览量

    33922
  • 脉冲响应
    +关注

    关注

    0

    文章

    12

    浏览量

    2713
收藏 人收藏
    相关推荐
    热点推荐

    有源滤波器工作原理

    有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。本文将介绍有源滤波器工作原理以及它的应用。
    发表于 10-25 14:17 1.9w次阅读
    有源<b class='flag-5'>滤波器</b><b class='flag-5'>工作原理</b>

    巴特沃斯滤波器的原理_巴特沃斯滤波器优点介绍

    本文首先介绍了什么是巴特沃斯滤波器与巴特沃斯滤波器的特性,其次介绍了巴特沃斯滤波器原理,详细的分析了巴特沃斯滤波器优点,最后介绍了巴特沃斯
    发表于 01-26 09:21 5.1w次阅读
    巴特沃斯<b class='flag-5'>滤波器</b>的原理_巴特沃斯<b class='flag-5'>滤波器</b><b class='flag-5'>优点</b>介绍

    浅谈谐波滤波器工作原理

    谐波滤波器,是一个用于滤除电力系统中某一次或多次谐波的装置。关于谐波滤波器,根据工作原理也分为有原式滤波器和无源式滤波器两种,两者之间有着一
    发表于 11-01 14:06 1.7w次阅读

    低通、高通及带通滤波器工作原理解析

    滤波器是对波进行过滤的器件,是一种让某一频带内信号通过,同时又阻止这一频带外信号通过的电路。滤波器主要有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器
    的头像 发表于 10-15 17:17 2.4w次阅读
    低通、高通及带通<b class='flag-5'>滤波器</b>的<b class='flag-5'>工作原理</b>解析

    高通滤波器工作原理与应用

      电子电路设计中,常用的滤波器主要分为高通滤波器、低通滤波器、带阻滤波器、带通滤波器,而这四种滤波器
    的头像 发表于 12-19 10:46 1w次阅读

    全通滤波器工作原理及移相原理

    全通滤波器工作原理是通过改变滤波器的频率响应来改变信号的频率特性。它通过改变滤波器的零极点位置来改变滤波器的阻带和通带,从而改变信号的频率
    发表于 02-20 15:37 5211次阅读

    带通滤波器工作原理_带通滤波器的应用

    带通滤波器是一种能够只传递一定频率范围内信号的电路。它的工作原理基于两个滤波器的组合:一个低通滤波器和一个高通滤波器。通过将这两个
    发表于 02-25 16:57 1.3w次阅读

    晶体滤波器工作原理_晶体滤波器优缺点

    晶体滤波器是一种使用晶体振荡作为基础的滤波器,其工作原理基于晶体振荡的特性。
    发表于 02-27 14:30 3996次阅读

    钳位滤波器工作原理 钳位滤波器的特点 钳位滤波器的应用

    钳位滤波器工作原理 钳位滤波器的特点 钳位滤波器的应用  钳位滤波器是一种常用于电子电路中的滤波器
    的头像 发表于 12-21 16:22 1143次阅读

    滤波器工作原理和分类及应用领域?

    滤波器工作原理和分类及应用领域?|深圳比创达电子EMC
    的头像 发表于 03-08 09:56 2282次阅读
    <b class='flag-5'>滤波器</b>:<b class='flag-5'>工作原理</b>和分类及应用领域?

    RC无源带通滤波器工作原理与特性

    在电子工程领域,滤波器是不可或缺的重要元件。其中,RC无源带通滤波器作为一种常见的滤波器类型,在信号处理、通信、测量等领域有着广泛的应用。本文将详细探讨RC无源带通滤波器
    的头像 发表于 05-24 14:54 3439次阅读

    无源滤波器工作原理和应用

    供电,其工作原理主要依赖于电容和电感的物理特性,因此具有设计简单、成本低廉、失真小、噪声小等优点。然而,无源滤波器也存在一些局限性,如无法增益信号、带宽受限等。
    的头像 发表于 07-09 17:57 3423次阅读
    无源<b class='flag-5'>滤波器</b>的<b class='flag-5'>工作原理</b>和应用

    有源陷波滤波器的定义和工作原理

    有源陷波滤波器(Active Notch Filter)是一种特殊的电子滤波器,它能够在特定的频率上显著衰减信号的幅度,而对其他频率的信号影响较小。这种滤波器在通信、音频处理、生物医学工程等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍有源
    的头像 发表于 09-27 15:09 1767次阅读
    有源陷波<b class='flag-5'>滤波器</b>的定义和<b class='flag-5'>工作原理</b>

    有源滤波器工作原理,以及结构

    有源滤波器工作原理基于频率选择性网络,它能够根据输入信号的频率成分进行放大或衰减。这种滤波器的主要特点是它需要外部电源供电,以实现其功能。有源滤波器
    的头像 发表于 10-18 14:59 3030次阅读

    低通滤波器工作原理 低通滤波器在音频处理中的应用

    一、低通滤波器工作原理 低通滤波器(Low Pass Filter,LPF)是一种电子滤波装置,其主要功能是允许低频信号通过,同时抑制高于特定截止频率的信号。这种
    的头像 发表于 02-01 10:24 989次阅读

    智能家居中的清凉“智”选,310V无刷吊扇驱动方案--其利天下

    炎炎夏日,如何营造出清凉、舒适且节能的室内环境成为了大众关注的焦点。吊扇作为一种经典的家用电器,以其大风量、长寿命、低能耗等优势,依然是众多家庭的首选。而随着智能控制技术与无刷电机技术的不断进步,吊扇正朝着智能化、高效化、低噪化的方向发展。那么接下来小编将结合目前市面上的指标,详细为大家讲解其利天下有限公司推出的无刷吊扇驱动方案。▲其利天下无刷吊扇驱动方案一

    其利天下技术
    1天前
    552

    电源入口处防反接电路-汽车电子硬件电路设计

    一、为什么要设计防反接电路电源入口处接线及线束制作一般人为操作,有正极和负极接反的可能性,可能会损坏电源和负载电路;汽车电子产品电性能测试标准ISO16750-2的4.7节包含了电压极性反接测试,汽车电子产品须通过该项测试。二、防反接电路设计1.基础版:二极管串联二极管是最简单的防反接电路,因为电源有电源路径(即正极)和返回路径(即负极,GND),那么用二极

    张飞实战电子官方
    2天前
    569

    半导体芯片需要做哪些测试

    首先我们需要了解芯片制造环节做⼀款芯片最基本的环节是设计->流片->封装->测试,芯片成本构成⼀般为人力成本20%,流片40%,封装35%,测试5%(对于先进工艺,流片成本可能超过60%)。测试其实是芯片各个环节中最“便宜”的一步,在这个每家公司都喊着“CostDown”的激烈市场中,人力成本逐年攀升,晶圆厂和封装厂都在乙方市场中“叱咤风云”,唯独只有测试显

    汉通达
    05-09 10:02
    666

    解决方案 | 芯佰微赋能示波器:高速ADC、USB控制器和RS232芯片——高性能示波器的秘密武器!

    示波器解决方案总述:示波器是电子技术领域中不可或缺的精密测量仪器,通过直观的波形显示,将电信号随时间的变化转化为可视化图形,使复杂的电子现象变得清晰易懂。无论是在科研探索、工业检测还是通信领域,示波器都发挥着不可替代的作用,帮助工程师和技术人员深入剖析电信号的细节,精准定位问题所在,为创新与发展提供坚实的技术支撑。一、技术瓶颈亟待突破性能指标受限:受模拟前端

    芯佰微电子
    05-09 10:36
    1.4k

    硬件设计基础----运算放大器

    1什么是运算放大器运算放大器(运放)用于调节和放大模拟信号,运放是一个内含多级放大电路的集成器件,如图所示:左图为同相位,Vn端接地或稳定的电平,Vp端电平上升,则输出端Vo电平上升,Vp端电平下降,则输出端Vo电平下降;右图为反相位,Vp端接地或稳定的电平,Vn端电平上升,则输出端Vo电平下降,Vn端电平下降,则输出端Vo电平上升2运算放大器的性质理想运算

    张飞实战电子官方
    05-08 19:34
    501

    ElfBoard技术贴|如何调整eMMC存储分区

    ELF 2开发板基于瑞芯微RK3588高性能处理器设计,拥有四核ARM Cortex-A76与四核ARM Cortex-A55的CPU架构,主频高达2.4GHz,内置6TOPS算力的NPU,这一设计让它能够轻松驾驭多种深度学习框架,高效处理各类复杂的AI任务。

    ElfBoard
    05-08 15:01
    916

    米尔基于MYD-YG2LX系统启动时间优化应用笔记

    1.概述MYD-YG2LX采用瑞萨RZ/G2L作为核心处理器,该处理器搭载双核Cortex-A55@1.2GHz+Cortex-M33@200MHz处理器,其内部集成高性能3D加速引擎Mail-G31GPU(500MHz)和视频处理单元(支持H.264硬件编解码),16位的DDR4-1600/DDR3L-1333内存控制器、千兆以太网控制器、USB、CAN、

    米尔电子
    05-08 08:07
    350

    运放技术——基本电路分析

    虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的,一般在10V~14V。因此运放的差模输入电压不足1mV,两输入端近似等电位,相当于“短路”。开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称

    张飞实战电子官方
    05-07 19:32
    463

    飞凌嵌入式携手中移物联,谱写全国产化方案新生态

    4月22日,飞凌嵌入式“2025嵌入式及边缘AI技术论坛”在深圳成功举办。中移物联网有限公司(以下简称“中移物联”)携OneOS操作系统与飞凌嵌入式共同推出的工业级核心板亮相会议展区,操作系统产品部高级专家严镭受邀作《OneOS工业操作系统——助力国产化智能制造》主题演讲。

    飞凌嵌入式
    05-07 11:26
    1.5k

    ATA-2022B高压放大器在螺栓松动检测中的应用

    实验名称:ATA-2022B高压放大器在螺栓松动检测中的应用实验方向:超声检测实验设备:ATA-2022B高压放大器、函数信号发生器,压电陶瓷片,数据采集卡,示波器,PC等实验内容:本研究基于振动声调制的螺栓松动检测方法,其中低频泵浦波采用单频信号,而高频探测波采用扫频信号,利用泵浦波和探测波在接触面的振动声调制响应对螺栓的松动程度进行检测。通过螺栓松动检测

    Aigtek安泰电子
    05-06 18:44
    1.1k

    MOS管驱动电路——电机干扰与防护处理

    此电路分主电路(完成功能)和保护功能电路。MOS管驱动相关知识:1、跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压(Vbe类似)高于一定的值,就可以了。MOS管和晶体管向比较c,b,e—–>d(漏),g(栅),s(源)。2、NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以

    张飞实战电子官方
    05-06 19:34
    497

    压敏(MOV)在电机上的应用剖析

    一前言有刷直流电机是一种较为常见的直流电机。它的主要特点包括:1.结构相对简单,由定子、转子、电刷和换向器等组成;2.通过电刷与换向器的接触来实现电流的换向,从而使电枢绕组中的电流方向周期性改变,保证电机持续运转;3.具有调速性能较好等优点,可以通过改变电压等方式较为方便地调节转速。有刷直流电机在许多领域都有应用,比如一些电动工具、玩具、小型机械等。但它也存

    深圳市韬略科技有限公司
    05-06 11:34
    313

    硬件原理图学习笔记

    这一个星期认真学习了硬件原理图的知识,做了一些笔记,方便以后查找。硬件原理图分为三类1.管脚类(gpio)和门电路类输入输出引脚,上拉电阻,三极管与门,或门,非门上拉电阻:正向标志作用,给悬空的引脚一个确定的状态三极管:反向三极管(gpio输出高电平,NP两端导通,被控制端导通,电压为0)->NPN正向三极管(gpio输出低电平,PN两端导通,被控制端导通,

    张飞实战电子官方
    04-30 18:40
    515

    TurMass™ vs LoRa:无线通讯模块的革命性突破

    TurMass™凭借其高传输速率、强大并发能力、双向传输、超强抗干扰能力、超远传输距离、全国产技术、灵活组网方案以及便捷开发等八大优势,在无线通讯领域展现出强大的竞争力。

    道生物联
    05-06 10:50
    1.3k

    RZT2H CR52双核BOOT流程和例程代码分析

    RZT2H是多核处理器,启动时,需要一个“主核”先启动,然后主核根据规则,加载和启动其他内核。本文以T2H内部的CR52双核为例,说明T2H多核启动流程。

    RA生态工作室
    04-03 17:14
    2.1k