常用濾波器概述

定義數(shù)字濾波器是與模擬濾波器相對(duì)應(yīng)的，我們?cè)诔Ｓ玫碾x散系統(tǒng)中， 使用數(shù)字濾波器。它的主要作用是利用離散時(shí)間系統(tǒng)的特性，在這里 時(shí)間就是一個(gè)變量，然后在對(duì)外部輸入的信號(hào)，進(jìn)行處理，這里的輸 入信號(hào)一般都是廣義上的波形型號(hào)，信號(hào)可以是電壓、電流、功率等。 當(dāng)然也有類似于頻率等這種。在實(shí)際的操作中，我們也可以把輸入的信號(hào)波形變成輸出，也就是將輸入和輸出倒置。從而實(shí)現(xiàn)我們將信號(hào)的頻譜修改的目的。
實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段數(shù)字濾波器有多種方式可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理，我們介紹在實(shí)際中使用最多的兩種，一種是我們集成電路的方式將集成電路的各種元 器件組成一個(gè)專用的設(shè)備，這種設(shè)備稱之為數(shù)字信號(hào)處理機(jī)，類似于arm架構(gòu)或者單片機(jī)架構(gòu)的數(shù)字處理機(jī)就是我們常用的一種，這種方式對(duì)于成套批量的需求商用價(jià)值比較高，因?yàn)樵靸r(jià)成本比較低，受到了市場(chǎng)的歡迎;另一種就是使用我們平常使用的x86/x64的商用或者工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬仿真，這個(gè)完全是使用應(yīng)用軟件進(jìn)行仿真的，這種方式也在實(shí)驗(yàn)室或者大型的數(shù)字濾波項(xiàng)目中使用，這種方式成本較高，不適宜與大批量的生產(chǎn)與配套。但是在實(shí)驗(yàn)室是最好的一種模擬方式，在高階模擬和運(yùn)算中有非常大的優(yōu)勢(shì)。

數(shù)字濾波器的對(duì)比數(shù)字濾波器主要有兩種，一種是IIR，我們稱之為無(wú)限的沖激響應(yīng)濾波器，另外一種是FIR，這種濾波器是與IIR相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)是有限的沖激響應(yīng)濾波器。兩個(gè)系統(tǒng)都是有各自的特點(diǎn)的，F(xiàn)IR的濾波器是沒(méi)有閉環(huán)的反饋的環(huán)路信號(hào)，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)比較嚴(yán)格的線性方程的相位的計(jì)算，一般情況下相位的要求不嚴(yán)格一 般不會(huì)使用這個(gè)濾波器，相反的話，會(huì)采用這種濾波器。當(dāng)然在很多的場(chǎng)景下面，我們要對(duì)信號(hào)進(jìn)行一些實(shí)時(shí)的處理，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)數(shù)據(jù)越來(lái)越多的情況下，我們對(duì)硬件的性能要求就越來(lái)越高，市面上很多的單片機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿足我們實(shí)際的功能需求，一般的8位的16位的乃至32位的單片機(jī)以及ARM芯片已經(jīng)不能在對(duì)算法進(jìn)行支撐，由于專門為數(shù)字處理設(shè)計(jì)的DSP控制器的出現(xiàn)，提高了我們?yōu)V波器的效率，DSP很多情況下可以使用多組總線的方式，并行處理多組實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，獨(dú)立的一些算法器充分的使用大大提高了我們?yōu)V波器的效率。對(duì)于硬件上的短板完全可以由DSP的芯片進(jìn)行彌補(bǔ)，做到對(duì)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理與計(jì)算。DSP與普通的微處理器相比有很大的數(shù)字信號(hào)的處理優(yōu)勢(shì)，他是單片機(jī)以及ARM的繼承，為信號(hào)處理做了一些局部的開發(fā)和改進(jìn)，大大的增強(qiáng)了數(shù)字處理的能力，它有特定的數(shù)據(jù)流程格式、有特定的算法器，有特殊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為解決復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)的處理提供了很多優(yōu)越的條件和基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)DSP的編程可以實(shí)現(xiàn)IIR濾波器。 FIR濾波器實(shí)際上有一定的缺陷，這類系統(tǒng)只有零點(diǎn)，它不會(huì)跟IIR系統(tǒng)的那樣容易獲取比較好衰減的特性，但是也有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。他是通過(guò)非硬件電路實(shí)現(xiàn)的，相比硬件電路實(shí)現(xiàn)濾波器主要優(yōu)點(diǎn)有很多，例如，效率很高、有極點(diǎn)、有反饋等。

程控濾波系統(tǒng)程控濾波系統(tǒng)是在傳統(tǒng)濾波器的不足中提出的，傳統(tǒng)濾波器在工作時(shí)產(chǎn)生誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。低精度的濾波器在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，而且傳統(tǒng)濾波器對(duì)波形要求越高就意味著需要跟多的運(yùn)放，這是非常麻煩的。所以程控濾波器的數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，可以有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn) 效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。

無(wú)源濾波器是利用電阻、電抗器和電容器元器件構(gòu)成的濾波電路。諧振頻率時(shí)，電路阻抗值最小，非諧振頻率時(shí)，電路阻抗比很大，將電路元器件數(shù)值調(diào)整到某一特征諧波頻率，則能濾除該次諧波電流;當(dāng)若干諧波頻率的調(diào)諧電路組成在一起，則能濾除對(duì)應(yīng)的特征諧波頻率，通過(guò)低阻抗旁路實(shí)現(xiàn)對(duì)主要次數(shù)諧波(3、5、7)的過(guò)濾。主要原理就是針對(duì)不同次數(shù)諧波，設(shè)計(jì)該諧波頻率的阻抗為很小，實(shí)現(xiàn)諧波電流的分流效應(yīng)，即為預(yù)濾除的高次諧波提供旁路通道，實(shí)現(xiàn)凈化波形。