对于滤波器设计工程师们来说,如何设计窄通频(Narrow Passbands)与转换频带(Transition Bands)的部分,可说是最具挑战性的任务之一,由于人们试图将大量的资讯挤进范围有限的频谱当中,因此种种严苛的限制已经不能等到产品设计阶段才讨论,而必须向前移至滤波器规格确定阶段,就必须将其纳入考量。一般而言,这些限制往往提高了对高阶滤波器(High Order Filter)的需求,所谓高阶层数,指的是较长的长度,也就是要能提供较大的容量以储存滤波器系数(Coefficeint ),并提供较高的执行速度以因应运算问题的处理;然而,事实上,就算极度高阶滤波器的设计有可能达成,也是一件十分困难的工作。
本文将介绍如何以多频取样滤波器(Multirate Filters)的概念,在相当严苛的频域限制下,完成有限脉冲响应滤波器(Finite Impulse Response Filters;FIR)的设计与实现。所谓多频取样滤波器是指:在滤波器的设计中,取样资料输入频率可能有一次或一次以上的改变,且资料输出频率永远维持与资料输入频率完全相同;而此种滤波器设计较一般标准的单一取样频率滤波器而言,能有效缩短滤波器长度与降低其所需的运算速度,提升高阶滤波器设计的可行性,否则,若以单一取样频率的概念来设计,恐怕绝非易事。
多频取样有限脉冲响应滤波器可运用许多标准的有限脉冲响应滤波器设计方法来设计;不过,在本文中,仅以Equiripple Design Technique(Remez)为例,为读者详细介绍。 (注:此法试图以滤波器频率响应在衰减带的起伏等量平均变化,达成滤波器设计的最佳化。)首先,本文将介绍如何以MATLAB完成滤波器设计,以Simulink完成动态模拟,以多频取样滤波器概念设计十分窄通频的低通(Lowpass)、高通(Hightpass)、带通(Bandpass)滤波器;其次,再以窄通频滤波器设计的范例,延伸至非常宽通频的滤波器设计。以下,即以一个窄通频低通滤波器做为多频取样滤波器设计概念介绍的开场。
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