Проектування цифрових фільтрів у середовищі Filter Design and Analysis Tool та Filter Design Toolbox

Сторінки роботи

зміст роботи

Проектування цифрових фільтрів

середFilter Design and Analysis ToolіFilter Design Toolbox

ПакетSignal Processing ToolboxMATLAB має інтерактивне середовище для проектування та аналізу фільтрівFilter Design and Analysis Tool(FDATool) з графічним інтерфейсом користувача (GUI).

FDAToolможе використовуватися:

• для проектування фільтрів, у тому числі адаптивних та багатошвидкісних,
• для аналізу цифрових фільтрів,
• для модифікації існуючих фільтрів,
• для квантування фільтрів та аналізу результатів квантування,
• виконання частотних перетворень цифрових фільтрів.

Середовище проектування фільтрів завантажується з командного рядка командою MATLAB

При цьому відкривається вікно проектування / аналізу фільтрівFilterDesign&AnalysisToolз набором полів та установок для вибору типу та параметрів фільтра та засобів його проектування (рис. 1). Вікно містить три основні області:

• область з інформацією про фільтр,
• область характеристик фільтра,
• панель (область) проектування.

Якщо інстальовано пакетFilter Design Toolbox (FDT), то FDATool завантажує також засоби цього пакета, що розширюють можливості проектування та аналізу фільтрів.

У верхньому рядку вікна є рядок меню з наборами команд, наприклад,File,Edit,Analysisта ін. У лівій нижній частині робочого вікна розташовані кнопки встановлення режимів роботи :

• Createamultiratefilter- створення багатошвидкісного фільтра;
• Transform Filter- перетворення фільтра;
• SetQuantizationParameters- встановлення параметрів квантування Q - фільтрів;
• RealizeModel- виведення параметрів реалізації фільтра;
• ImportFiltertoWorkSpace- імпорт фільтра в робочий простір MATLAB;
• DesignFilter– проектування фільтра.

У менюAnalysisта панелі інструментів вікна є ряд команд для виведення характеристик та параметрів фільтра, зокрема:

• Filter Speciifications –виведення специфікації фільтра у графічному вигляді,
• AnalysisParameters– виведення вікна аналізу з установкою параметра характеристики,
• Magnitude Response- висновок АЧХ фільтра,
• ImpulseResponse- виведення імпульсної характеристики,
• Pole/ZeroPlot– виведення діаграми нулів та полюсів,
• Filter Coefficients- коефіцієнти фільтра та ін.

Основні етапи синтезу ЦФ вFDATool:

• Вибір типу ЦФ: БІХ - фільтра (IIR) або КІХ - фільтра (FIR),
• Вибір методу синтезу фільтра, наприклад синтез фільтра Баттерворта, методу віконного зважування для КІХ – фільтрів або іншого з представлених у даному пакеті,
• Завдання параметрів специфікації АЧХ фільтра, в тому числі типу вибірковості фільтра (Lowpass(ФНЧ),Highpass(ФВЧ),Bandpass(ПФ),Bandstop(РФ)), граничних частот фільтра, допустимих відхилень АЧХ у смугах пропускання та затримування, частоти дискретизації. Склад параметрів залежить від типу та методу синтезу фільтра. Попередньо для частот і допустимих відхилень у списках, що розкриваються, вибираютьсяодиниці вимірів.
• Завдання порядку фільтра та додаткових параметрів групиOptions, їх склад також залежить від типу фільтра.
• Виконує синтез фільтра. Синтез відбувається при натисканні кнопкиDesign Filter. Після закінчення синтезу виводиться графік АЧХ та інформація про порядок та структуру фільтра.

Якщо достатньо визначити порядок фільтра з точністю до , то при синтезі вибирається перемикачMinimumorder(«Мінімальний порядок»). Надалі при уточненні порядку встановлюється перемикачSpecifyorder(«Визначити порядок»). Приклад.Нехай потрібно спроектувати цифровий смуговий КІХ - фільтр з вікном Чебишева, що задовольняє наступним умовам:

§ частота зрізу – 1000 Гц,

§ порядок фільтра - 65,

§ мінімальне ослаблення у смузі затримування – 50 дБ,

§ частота дискретизації - 10 кГц.

Для вибору КІХ - фільтра встановлюємо кнопкуFIR. У панелі проектування встановимо необхідні значення типу фільтра, типу вибірковості (ResponseType), порядку фільтра, параметрів специфікації фільтра (рис.2)і натиснемо кнопкуDesignFilterдля запуску процесу проектування.

Після невеликого інтервалу часу у відповідних областях вікнаFilterDesign&AnalysisToolвідображається інформація про фільтр (CurrentFilterInformation) та АЧХ спроектованого фільтра.

Проведемо аналіз отриманого фільтра. Амплітудно – частотна характеристика спроектованого фільтра (рис. 3):

.

В області відображення частотної характеристики можна натиснути мишею по будь-якій точці і отримати маркер значень даних точки. Перевірка вимог до АЧХ проводиться порівнянням максимальних отриманих відхиленьхарактеристики із заданими у специфікації фільтра. При цьому використовується кнопкаZoom in(збільшити масштаб) панелі інструментів.

Імпульсна характеристика фільтра (рис. 4) виводиться за допомогою кнопкиImpulseResponseабо відповідної команди менюAnalysis.

Коефіцієнти фільтра – це основний результат проектування фільтра. Вони виводяться в області характеристик командоюFiltercoefficients(рис.5):

Використовуючи відповідні кнопки панелі інструментів або команди менюAnalysis, можна також вивести фазову характеристику, перехідну характеристику, діаграму нулів і полюсів та ін. дані, тобто. виконати необхідний аналіз фільтра з його характеристикам. Якщо вимоги вихідної специфікації не виконуються, то в першу чергу слід змінити порядок фільтра та заново виконати проектування.

---