找回密码
 注册
关于网站域名变更的通知
查看: 310|回复: 1
打印 上一主题 下一主题

简谈FIR滤波器和IIR滤波器的区别

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
1#
发表于 2023-5-29 16:49 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

EDA365欢迎您登录!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
最近总是遇到很多大侠在问滤波器相关的问题,之前对这一方面接触不是很多,最近也是在学习一些这方面的知识,今天先和大侠简单聊一聊FIR滤波器和IIR滤波器的区别,后续等研究的差不多了,再更新有关滤波器的详细内容,话不多说,上货。
* S  _) t) A% I; Q) X- N% k* c; U6 p% t  ]/ Y; I. B. Z& e- P" f

; W6 z! p+ z" Y) s* N" s

6 Y0 W4 O$ Q" n; F8 p( [* E   数字滤波器广泛应用于硬件电路设计,在离散系统中尤为常见,一般可以分为FIR滤波器和IIR滤波器,那么这两种滤波器有什么区别和联系呢,我们就来简单的聊一聊。2 I! i) l# _+ a; x1 c

, V/ [' @1 [9 v5 t5 Q6 T9 `. d
6 c& d/ O8 A/ H0 M

4 A$ t$ _2 R) {; e5 q# S3 G

+ l6 z% \+ X- \9 J4 y/ |
FIR滤波器
. K. {& e6 c- A& ?& ?# \4 G7 M- B  d6 n3 N

2 j/ ]6 D. j% _+ @( V1 \! T

一、定义:


4 S, c( b9 N% k6 }* ~, Y

FIR滤波器是有限长单位冲激响应滤波器,又称为非递归型滤波器,是数字信号处理系统中最基本的元件,它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性,同时其单位抽样响应是有限长的,因而滤波器是稳定的系统。


. r* Z5 b4 E% g) Q

二、特点:

1 r, t/ H# ]$ K

FIR滤波器的最主要的特点是没有反馈回路,稳定性强,故不存在不稳定的问题;

1 P6 M% v$ a9 w( [; Q' X$ s9 V0 j' D
FIR具有严格的线性相位,幅度特性随意设置的同时,保证精确的线性相位;
) `6 o( C! T: P2 ?% O/ i% M) s
FIR设计方式是线性的,硬件容易实现;

; Z- ^8 ^7 Y4 w% @+ }1 m2 P- @1 U
# d8 q- x, g; o* \$ X% o9 E

2 _  j- j7 `7 K* L5 H0 A7 O2 f
FIR相对IIR滤波器而言,相同性能指标时,阶次较高,对CPU的性能要求较高。
3 F% {) v6 ?' {! c4 j' T8 V

6 C* h8 [, ~6 O
下图是FIR滤波原理图:

# g  S; o5 f+ b% A' q& i9 S: z6 i5 \0 ]! G' W& {
2 [+ w) w: m  D1 g4 R8 x

% w$ B8 r! _% j0 b( s( C4 m( C
IIR滤波器
& w) W/ T; t5 `4 O# V3 ?& T+ t

一、定义:


! D# K3 n, w: e3 T* r& p

IIR滤波器是无限脉冲响应滤波器,又称递归型滤波器,即结构上带有反馈环路。

+ T4 }2 k4 V, S7 \/ S. e

二、特点:


3 W/ V! X" N6 ]/ p+ T
IIR数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式,具有反馈回路;
# k  X+ V! t0 X
IIR数字滤波器的相位非线性,相位特性不好控制,随截止频率变化而变化,对相位要求较高时,需加相位校准网络;

8 n# B! C1 H& O
IIR滤波器有历史的输出参与反馈,同FIR相比在相同阶数时取得更好的滤波效果;
- |- P! x; y1 R
IIR数字滤波器采用递归型结构,由于运算中的舍入处理,使误差不断累积,有时会产生微弱的寄生振荡。

0 r$ e( ]9 Y: Z+ S
. T" |3 ]* d7 j8 k, V% q
8 W  o4 R! b: }, J" A/ u
如下图是IIR滤波器的基础原理图:

# \6 Z$ a. @  O: n. }
/ l$ [& ^  Q6 k

( x, G8 ?& F/ v1 q
区别对比

稳定性:由于FIR滤波器没有反馈回路,稳定性要强于IIR;

相位特性:FIR 为线性相位延迟,IIR 为非线性相位延迟。

' d5 r, t& h# Q% b1 q

如下图所示为10Hz的方波信号,采样率为1KHz。


' l  ]4 d, w3 [- C

! c0 u$ T% l4 |1 ~5 r) D; i' L


, q" o8 W$ N; B

FIR滤波器后,滤波后效果图如下图所示:

, D1 q% Q5 _6 y7 ]

- @' i3 y  o, E


" ^, O- C7 Y' _8 T/ C' K, N& B2 ~) P

FIR滤波器后,滤波后效果图如下图所示:


( l6 a8 V! \; o  k. H0 c


( M4 A7 ~4 ~. i. `' K

4 O6 U5 r0 L' m% {6 j6 P

通过对比不难发现,IIR滤波器存在非线性相位延迟,校正时需要双向滤波进行校正,复杂不易控制;FIR滤波器为线性延迟,可通过左右平移的方式直接校正,误差小。


7 E7 ~5 z; @! D% n* W0 c

信号处理速度:FIR的滤波输出取决于当前输入数据和历史输入数据,IIR的滤波输出取决于当前输入数据、历史输入数据和历史输出数据。以基于FPGA硬件的数字滤波器为例,FIR在处理信号时不需等待前一个信号的滤波输出,只需要考虑输入数据便可实时滤波;IIR需要等待上一个信号的滤波输出,存在一定的时间延迟,所以处理速度上没有FIR快。

. \% t( o7 a! w

6 v0 E8 K! q; V. G+ T( h

FIR和IIR滤波对比图如下图所示:


' j- N4 M8 h. g, n1 E


; }) ?+ p3 \8 h5 G3 @8 P


9 s3 ]3 ?2 M4 e" @) K) J0 _

   从上面的简单比较可以看到IIR与FIR滤波器各有所长,所以在实际应用时应该从多方面考虑来加以选择。从使用要求上来看,在对相位要求不敏感的场合,如语言通信等,选用IIR较为合适,这样可以充分发挥其经济高效的特点;对于图像信号处理,数据传输等以波形携带信息的系统,则对线性相位要求较高,采用FIR滤波器较好。当然,在实际应用中可能还要考虑更多方面的因素。
7 @# d3 N, |, u/ M& `. c- O
  • TA的每日心情
    开心
    2023-6-1 15:13
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]初来乍到

    2#
    发表于 2023-5-29 18:39 | 只看该作者
    多路AD采样,FPGA是强项
    您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

    本版积分规则

    关闭

    推荐内容上一条 /1 下一条

    EDA365公众号

    关于我们|手机版|EDA365电子论坛网 ( 粤ICP备18020198号-1 )

    GMT+8, 2025-10-28 18:40 , Processed in 0.171875 second(s), 27 queries , Gzip On.

    深圳市墨知创新科技有限公司

    地址:深圳市南山区科技生态园2栋A座805 电话:19926409050

    快速回复 返回顶部 返回列表