1、 1 毕业论文文献综述 电子信息工程 滤波器研究综述 摘要： 文章对滤波器做了较为全面的介绍。概括了模拟滤波器和数字滤波器的发展 、 分类 、 构成以及 信号滤波 等 内容 ，对模拟滤波器和数字滤波器的 应用 目的、实现方法等作了比较。最后对滤波器的发展进行了展望。 关键词： 滤波器；数字滤波器；模拟滤波器 1.引言 滤波器是一种选频电路，它的功能是让指定频段的信号通过，而将其余频段上的信号加以抑制或使其急剧衰减 ， 从而达到减少或消除 带外信号对整个系统功能的影响 ，因此在通信、自动控制和电子测量等领略，广泛地使用着滤波器 1-2。 2.滤 波器的概述 滤波是常用的信号处理技术，传统的滤波概
2、念是从频率域上定义的，它是指通过对信号的滤波可以滤除或衰减信号频谱中不希望的频率分量和随机噪声从而提取输入信号中有用的频率成分的信号处理过程 3-4。完成滤波功能的系统称为滤波器，适当地选择或设计 LTI系统的频率响应，就可以实现各种不同要求的滤波功能。滤波器的一个非常重要的类型就是频率选择性滤波器。所谓频率选择滤波，就是让一个或一组频率范围内的信号尽可能无失真地通过，而衰减或者完全抑制其余滤波范围的信号。频率选择性滤波器主要分成四种，即低通（ LP）、高通（ HP）、带通（ BP）、带阻（ BS）滤波器 5。根据实现的方式，滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器两大类 4。滤波器应用的场合主要有波
3、形形成、调制解调、信号提取、信号分离和信道均衡等 5。 2.1数字滤波器概述 DSP处理器（ digital signal processor）的出现和 FPGA(field programmable gate array)的迅速发展也促进了数字滤波器的发展，并为数字滤波器的硬件实现提供了更多的选择 6。 数字滤波器是通过对数字信号进行数学运算处理来达到频域滤波的目的。数学运 算通常有两种方法：一种是频域法，另一种是时域法。数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性可分为两种，即无限长冲激响应（ IIR）滤波器和有限长冲激响应 (FIR)滤波器。 IIR滤波器的特征是具有无限持续时间的冲激响应。这
4、种滤波器一般需要用递归模型来实现，因而有时也称为递归滤波器。 FIR滤波器的冲激响应只能持续一定时间，在工程实现中可以采用递归的方式实现，也可以采用非递归的方式实现 7-8。 数字滤波器主要有两大类，一类是经典滤波器，即选频滤波器，其特点是输入信号中有用信号2 的频率与干扰信号的频带不同，利用选频滤波 器的特性提取有用的信号频率分量。另一类是现代滤波器，因为当信号与干扰的频谱相互重叠时，利用选频滤波器无法提取有用的信号。现代滤波器是利用各类随机信号的统计特性，从干扰中提取有用信号 8。 数字滤波器的基本部件是数字加法器、乘法器和延迟原件。采用硬件构成的数字滤波器具有实时性，并能实现时分多用等优
5、点。用软件方式实现的数字滤波器的特点是系统函数具有较大的灵活性，但实时性依赖于算法结构和计算机的速度 4。 2.2模拟滤波器概述 如果滤波处理是针对模拟信号进行的，也就是说是以模拟信号通过用模拟元器件构造的网络，或者对模拟信号进行模拟量的计算，可以称之为模拟滤波。模拟器件网络往往称之为模拟滤波器 9。对于模拟信号，可以用相应的十分成熟的模拟滤波器处理技术直接进行处理，但也可以先通过 A/D转移器将模拟信号转换成数字信号，经数字滤波器处理完之后再通过 D/A转移器转换回模拟信号，以便达到特定的性能指标。模拟滤波器的设计指标一般由幅频特性函数 )( jHa来描述，而不考虑相频特性指标 5。含有源器
6、件者称之有源模拟滤波器，在最近二三十年内，它已实现了集成化，并且商业型号不断增多，一般表现为 一个引脚数不超过 24的小规模模拟集成电路；单纯由电阻、电容和电感器件构成的滤波器称无源滤波器 9。 3.模拟滤波器和数字滤波器的比较 数字滤波器的概念和模拟滤波器相同，只是输入、输出信号的形式和实现滤波方法不同。无论是模拟滤波器还是数字滤波器，其滤波的目的都是为了压制输入信号的某些频率成分，从而改变信号频谱中各频率分量的相对比例 5。与模拟滤波相比，数字滤波是通过数值运算来实现滤波的，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，同时处理精度高、稳定可靠、极大的灵活性
7、、低 成本、小体积、低功耗、集成度高、不存在阻抗匹配等优势，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能，这些优势决定了数字滤波器的应用将会越来越广泛5、 10。从滤波器所负有的 “从噪声中恢复信息 ”使命的角度看，整个数字信号处理系统就是一个数字滤波器，或者说，数字信号处理的核心就是数字滤波 11。然而目前模拟滤波器一般指一个完成波形过滤、规模不大、用有源元件和 (或 )无源元件构成的电路部件 9。数字滤波器的缺点也许是在某些处理速度极快的应用中赶不上模拟电路。但总的趋势是， DSP将不断地进入模拟电路的应用领域，迫使 模拟电路向频率更高、速度更快的领域发展 10。 数字滤波器 模拟滤波器 输入
8、、输出信号 数字 信号 模拟 信号 适用 系统 离散系统 连续系统 3 实现手段 软件或数字芯片 电阻、电容等模拟器件 精度 高 低 体积 小 大 表 1 模拟滤波器和数字滤波器的比较 4.结论 当前，随着计算机技术和微电子技术的发展，数字滤波器得到广泛应用，但同时也不可否认模拟滤波器在各领域中所占据的重要地位 6。 近些年，线性滤波器，如 Wiener滤波器、 Kalman滤波器和自适应滤波器得到了广泛的研究和应用，同时应用一些 非线性滤波方法，如小波滤波、同态滤波、中值滤波、形态滤波等现代信号处理的前言课题所设计出的滤波器也拥有广阔的应用前景 12。 以往的滤波器大多采用模拟电路技术，但是
9、，模拟电路技术存在很多难料解决的问题，例如，模拟电路元件对温度的敏感性等等，而采用数字技术则避免很多类似的难题，所以采用数字滤波器对信号进行处理是目前的发展方向 13。 参考文献 1 9 飞天蝶影 9滤波器 EB OL， 2010-10-28 http:/ 2 邬国扬 ，张萱，吕昂，周雪娇模拟电子技术 M第二版西安：西安电子科技大学出版社，2007， 3 3 方勇 数字信号处理 -原理与实践 M 北京： 清华大学出版社， 2006， 12 4 郑南宁，程红数字信号处理 M 北京： 清华大学出版社， 2007， 9 5 王超，安建伟，周贤伟 等 数字信号处理 M 北京： 国防工业出版社， 201
10、0， 4 6 王孝英 数字滤波器的 MATLAB设计与仿真及在 DSP上的实现 D 内蒙古大学， 2009 7 郑佳春 数字滤波器的 MATLAB设计与 DSP上的实现 J单片机与嵌入式系统应用， 2003， 7，7： 28-28. 8 张小虹，黄忠虎，邱正伦等数字信号处理 M 北京： 机械工业出版社， 2008， 9 9 丁士圻模拟滤波器 M 哈尔滨： 哈尔滨工程大学出版社， 2004， 3 10 姚剑清，简明数字信号处理 M 北京： 人民邮电出版社， 2009， 1 11 Soo-Hwan Cho， Gilsoo Jang， Sae-Hyuk Kwon， etal Comparison of Analog-to-Digital Filter Conversion Methods in a Digital Flickermeter J Electr Eng， 2009， 9， 1:125-131. 12 许臣蓉基于 DSP的数字滤波器设计 D武汉理工大学， 2006 13 Uwe Meyer-Baese Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays J Signal And Communication Technology， 2007， 10， 1:165-165.
