高采样率可变截止频率数字滤波器的实现方法技术

本发明专利技术属于谐振滤波领域，具体公开了一种高采样率可变截止频率数字滤波器的实现方法，包括以下步骤：S1、计算谐波源的分频比；S2、利用CIC抽取滤波器降低所述谐波源的采样率后进行功率补偿；S3、设置数字滤波器的参数，得到滤波后的谐波；S4、利用CIC插值滤波器对步骤S3中的谐波进行插值及功率补偿。本发明专利技术通过CIC滤波器能够实现降采样，同时引入一个反sin函数来进行功率补偿；另外本发明专利技术通过设置滤波器系数满足等同步进带宽，再结合上述的补偿滤波器，便可做到同一采样率，截止频率步进实现。本发明专利技术从数字的角度上弥补了硬件的灵活性不足，并且资源利用率很低。并且资源利用率很低。并且资源利用率很低。

【技术实现步骤摘要】
高采样率可变截止频率数字滤波器的实现方法


[0001]本专利技术涉及滤波器的
，具体涉及高采样率可变截止频率数字滤波器的实现方法。

技术介绍

[0002]现有的试验系统中，采样频率是固定的，若需要设计一个步进为100hz带宽为10hz~1khz的滤波器，目前的一些常用的方法往往采用fir滤波器或者iir滤波器实现。其中，fir滤波器在截止频率处的功率衰减更快，同一个数字滤波器相位延迟是一样的，但fir滤波器占用的计算单元更多，会导致硬件资源的占用增多。而iir滤波器会占用更少的资源，但相位会根据输入信号而产生不同的相位延时，且滤波效果更平滑。
[0003]综上，现需要设计高采样率可变截止频率数字滤波器的实现方法来解决现有技术中上述的问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术中问题，本专利技术提供了高采样率可变截止频率数字滤波器的实现方法，解决了现有资源占用多且无法实现实验要求的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：高采样率可变截止频率数字滤波器的实现方法，包括以下步骤：S1、计算谐波源的分频比；S2、利用CIC抽取滤波器降低所述谐波源的采样率后进行功率补偿；S3、设置数字滤波器的参数，得到滤波后的谐波；S4、利用CIC插值滤波器对步骤S3中的谐波进行插值及功率补偿；其中，所述步骤S1中分频比A的计算公式为：A=n/N，其中，n为采样率，N为FFT计算点数。
[0006]在本专利技术的一些实施例中，所述分频比采用四舍五入进行取整处理。r/>[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S2中的功率补偿是通过引入反sin函数实现。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述采样率为200kHz，经所述步骤S2降采样后，所述采样率为8kHz，经过所述步骤S2的功率补偿后，所述采样率为2 kHz。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S2中的CIC抽取滤波器和功率补偿滤波器满足那奎斯特采样定理。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S4中，CIC插值滤波器的插值倍数为50，将所述步骤S3过滤后的谐波复原至采样率为200kHz。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S3中数字滤波器的参数包括阻尼系数α和品质因数Q。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述阻尼系数α的计算公式为：
；其中，为带宽，为极点频率。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述品质因数Q的计算公式为：。
[0014]本专利技术的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本专利技术通过 CIC滤波器能够实现降采样，同时引入一个反sin函数来进行功率补偿，并根据分段的可变截止频率通过同一滤波器分时复用的方法缩短带宽范围，从而获得更好的滤波器补偿效果。另外本专利技术通过设置滤波器系数满足等同步进带宽，再结合上述的补偿滤波器，便可做到同一采样率，截止频率步进实现。本专利技术从数字的角度上弥补了硬件的灵活性不足，并且资源利用率很低。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为实施例中所述高采样率可变截止频率数字滤波器的实现方法的流程图。
[0017]图2为所述谐波源为周期性方波时经过实施例的数字滤波器的实现方法各个步骤进行滤波后的波形图。其中，（a）为原始谐波波形，（b）为降采样后的最终波形，（c）为经过cic抽取滤波器后的波形，（d)为补偿滤波器后的波形，（e）为fir低通滤波器后的波形，（f）为cic插值滤波器后的波形。
具体实施方式
[0018]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0019]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0020]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0021]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0022]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0023]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
[0024]本实施例在固定采样频率200khz下可变截至频率的数字滤波器设计，要求设计一个步进为100hz带宽为10hz~1khz的滤波器，该方法在fpga中实现，并在实际中应用。
[0025]一般的实验方法往往采样率与截止频率的倍数较小，根据奈奎斯特采样定理，采样率为基带信号的2倍即可满足采样定理，所以提供一个2khz的采样率从理论即可满足需求，但实际应用中，为了确保稳定性，往往采用的是4~5倍的关系。所以现有技术中给出了一个fir的ipcore，以帮助用户能够实现合理范围内的数字滤波器设计，该ipcore包含了低通滤波器、高通滤波器、半带滤波器。但是随着采样率与截止频率倍数的增大，对于fpga资源的占用也愈发增多，可是实际应用中，为了适应大带宽的频率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高采样率可变截止频率数字滤波器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算谐波源的分频比；S2、利用CIC抽取滤波器降低所述谐波源的采样率后进行功率补偿；S3、设置数字滤波器的参数，得到滤波后的谐波；S4、利用CIC插值滤波器对步骤S3中的谐波进行插值及功率补偿；其中，所述步骤S1中分频比A的计算公式为：A=n/N，其中，n为采样率，N为FFT计算点数。2.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述分频比采用四舍五入进行取整处理。3.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述步骤S2中的功率补偿是通过引入反sin函数实现。4.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述采样率为200kHz，经所述步骤S2降采样后...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑞杰，白洪超，
申请(专利权)人：青岛艾诺仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：