基于matlab的語音信號數字濾波器的的設計和實現論文-資料下載頁

　　

【正文】 cascade. This case is not very interesting, so we will consider only the case where Q , which means that (b178。 4ac) is negative and the roots are plex. The real part is therefore b/2a, which is ω0/2Q, and mon to both roots. The roots39。 imaginary parts will be equal and opposite in signs. Calculating the position of the roots in the plex plane, we find that they lie at a distance of ω0 from the origin, as shown in Figure 3b. (The associated mathematics, which are straightforward but tedious, will be left as an exercise for the more masochistic readers.) Varying ω0 changes the poles39。 distance from the origin. Decreasing the Q moves the poles toward each other。 increasing the Q moves the poles in a semicircle away from each other and toward the jω axis. When Q = , the poles meet at ω0 on the negativereal axis. In this case, the corresponding circuit is equivalent to two cascaded firstorder filters, as noted earlier. Now we should examine the secondorder function39。s frequency response and see how it varies with Q. As before, Figure 4a shows the function as a curved surface, depicted in the threedimensional space formed by the plex plane and a vertical magnitude vector. Further, Q = , and you can see immediately that the response is a lowpass filter.There is also an effect on the filter39。s transient response. Because the poles39。 negativereal part is smaller, an input step function will cause ringing at the filter output. Lower values of Q result in less ringing, because the damping is greater. If Q bees infinite, the poles reach the jω axis, causing an infinite frequency response (instability and continuous oscillation) at s = ω0. In the LCR circuit in Figure 3a, this condition would not be possible unless R = 0. For filters that contain amplifiers, however, the condition is indeed possible and must be considered in the design process. A secondorder filter provides the variables ω0 and Q, which allow us to place poles wherever we want inthe plex plane. These poles must, nonetheless, occur as plexconjugate pairs, in which the real parts are equal and the imaginary parts have opposite signs. This flexibility in pole placement is a powerful tool, making the secondorder stage a useful ponent in many switchedcapacitor filters. As in the firstorder case, the secondorder lowpass transfer function approaches zero as frequency increases to infinity. The secondorder function decreases twice as fast, however, because of the s178。 factor in the denominator. The result is a double zero at infinity. Having discussed first and secondorder lowpass filters, we now need to extend our concepts in two directions: We will discuss other filter configurations, such as highpass and bandpass sections, and then we will address higherorder filters.濾波器入門摘要：本文介紹的全面模擬濾波器的各個方面。它首先解決了基本類型：第一和第二階濾波器，高通和低通濾波器，陷波和全通濾波器，以及高階濾波器。本教程然后解釋了不同的實現，如巴特沃斯濾波器，切比雪夫濾波器，貝塞爾濾波器，橢圓濾波器，狀態變量過濾器，開關電容濾波器。導言易于使用，使集成開關電容濾波器，對許多應用來說極具吸引力。本文將幫助您對這樣的設計編寫過濾器產品描述和解釋的概念管理其運作。用一個簡單的集成商開始，我們首先發展一種有源濾波器一般直觀的方法。然后，我們引進的狀態變量濾波器及其在實際執行變現開關電容形式。具體整合的濾波器，這里描述包括Maxim公司的MAX7400家族較高階開關電容濾波器。一階濾波器 集成濾波器一個集成商（圖1a）是最簡單的過濾器數學，它構成了最現代化的綜合過濾器的組成部分。考慮我們所知道的一個積分直觀。如果您應用的輸入直流信號（即零頻率），輸出將描述一個線性斜坡，在幅度增長，直到電源的限制。無視這一限制，一個積分為零的頻率響應是無限的，這意味著它有一個為零高頻極點。 （阿極點存在。在任何頻率的傳遞函數的值變為無限）我們也知道，集成的增益削弱日益頻繁，并在輸出電壓高頻率幾乎為零。增益與頻率成反比，所以它斜率為1時，繪制登錄/日志坐標（例如，在一Bode圖20dB/decade，圖1b）。簡單的RC低通濾波器稍微復雜一些過濾器是簡單的低通RC型（圖2a）。其特點（傳遞函數）是：VOUT電源/輸入電壓=（1/sC）/（注冊商標+ 1/sC）= 1 /（1 +可控硅）=ω0/（s十ω0）公式。 當S = 0，函數簡化為ω0/ω0，即統一。當s提高到無窮大，功能趨近于零，所以這是一個低通濾波器。當S = ω0，分母是零和函數的值是無窮的，這表明在復頻率平面極點。在傳遞函數的幅度是策劃了對章圖2b，那里秒，真正的組件σ，對我們的積極虛部，jω，是朝著正確的。在極ω0是顯而易見的。振幅顯示，強調對數函數的形式。為積分器和RC低通濾波器，頻率響應趨于零的無窮的頻率。簡單地說，有一個零在S =∞。圍繞這一個零復平面。但是，如何在S涉及電路的實際頻率響應復雜的功能？在分析電路的響應交流信號，我們使用的表達為一個電感和一個電容器1/jωC阻抗jωL。瞬態響應進行分析時使用拉普拉斯變換，我們使用這些元素阻抗SL和1/sC。相似性是立竿見影的效果。在交流分析jω其實S的，虛的一部分，正如前面提到的，是一個真正的組成部分及一個虛部jω。如果我們取代jω在上述任何S方程，我們有電路的響應1角頻率，ω。在圖2b中的復雜情節，σ= 0，因此擰沿積極jω軸=jω。因此，該函數的沿著這條軸線值濾波器的頻率響應。我們沿著jω切軸的功能，并強調RC低通濾波器的頻率響應，加入了積極jω沿軸重型線函數值曲線。人們更熟悉的波特圖（圖2c）看起來形式不同，只是因為頻率為表達對數。 雖然復雜頻率的虛部，jω，幫助說明對交流信號的反應，真正的一部分，σ，有助于描述了電路的瞬態響應。在圖2b來看，我們因此可以說說RC低通濾波器的反應相比的集成商。低通濾波器的瞬態響應，更穩定，因為它極是否定的復雜飛機的真正的一半。重報，低通濾波器使一個腐朽的，指數響應階躍函數輸入。的集成使無限的反應。對于低通濾波器，桿位進一步降低，σ軸意味著更高的ω0，更短的時間常數，因此，更快的瞬態響應。相反，極接近jω軸原因較長的瞬態響應。 到目前為止，我們已經與一些簡單電路的數學傳遞函數其相關極點和零點復頻平面上。從這些功能，我們得到的電路的頻率響應（因此它的波特圖），并且它的瞬態響應。因為無論是集成商和RC濾波器只有一個在其傳遞函數的分母秒，他們都只有一極。也就是說，它們是一階濾波器。然而，正如我們可以看到，從圖1b中，一階濾波器不提供一個非常有選擇性的頻率響應。以便設計出一套更緊密地過濾器的應用需求，我們必須更高的訂單。從現在起，我們將描述傳遞函數使用F（擰），而不是繁瑣的VOUT電源/輸入電壓。二階低通濾波器二階濾波器秒的分母和兩個復平面極點。您可以通過使用被動電路的電感和電容或通過建立一個電阻，電容有源電路，放大器這樣的反應。考慮圖3a無源LC濾波器，例如。在這種情況下，1 = 1分，B =ω0/ Q研究，和c =ω0178。術語（二178。 4ac）等于ω0178。（1 / Q首頁178。 4）。因此，然后兩個根源是真實的，躺在負實軸。該電路的行為是很象兩個一階RC濾波器串聯。這宗案件是不是很有趣，所以我們將只考慮案件其中Q“，這意味著（二178。 4ac）是消極根源是復雜的。真正的部分，因此b/2a，這是ω0/2Q，共同為雙方的根源。的根39。虛部將平等和符號相反。計算在復平面的根源立場，我們發現，他們躺在了ω0從原點的距離，如圖3b所示。 變ω0更改原點極點39。的距離。降低的Q逐漸向對方極，增加的Q移動成半圓形的兩極彼此遠離，向jω軸。當Q = ，兩極見面就負實軸ω0。在這種情況下，相應的電路相當于兩個級聯一階濾波器，如前所述。現在，我們要研究的二階函數的頻率響應和看它如何與不同問：以前一樣，圖4a顯示為一曲面的功能，在三維空間的復平面和垂直幅度矢量形成的描繪。此外，您可以立即看到響應是一個低通濾波器。還有一個在過濾器的瞬態響應的影響。由于極39。負實部較小，輸入階躍函數將導致在濾波器的輸出振鈴。較低的值較少的Q敲響的結果，因為阻尼更大。如果Q變成無窮大，兩極達到jω軸，在s造成無窮的頻率響應（不穩定和持續振蕩）=ω0。在圖3a LCR測試電路，這種情況是不可能的，除非?= 0。對于放大器包含過濾器，但條件是完全可能的，必須在設計過程中考慮。二階濾波器提供了變量ω0和Q，這使我們能夠進行極無論我們希望inthe復平面上。這些極必須盡管如此，發生復雜的共軛對，其中部分是真正的平等和虛部有相反的跡象。這種極點配置的靈活性是一個強大的工具，使第二階段，命令在許多開關電容濾波器的有用成分。正如在一階情況下，二階低通濾波器傳遞函數接近零，隨著頻率的增加無窮。二階函數下降速度的兩倍，然而，由于章分母178。因素。其結果是無窮遠雙零。在討論第一和第二階低通濾波器，我們需要在兩個方向擴展我們的理念：我們將討論諸如高通和帶通濾波器配置的其他部分，然后我們將處理高階濾波器。附錄B: 主要參考文獻的題錄及摘要[1] 樓順天，李博菡. 基于MATLAB的系統分析與設計——信號處理【M】. 西安：西安電子科技大學出版社，摘要：本書為信號處理部分，全書分為三個章節。第一章簡要介紹信號處理的基本理論，它對信號處理領域中的信號表示形式、離散傅里葉分析和變換、Z變換、數字濾波器結構及其濾波器設計等內容作簡要介紹。第二章詳細敘述了MATLAB的信號處理工具箱函數。第三章以大量的應用示例，說明如何利用MATLAB進行信號處理的分析與設計。[2] 陳桂明，張明照，戚紅雨. 應用MATLAB語言處理數字信號與數字圖像【M】.北京：科學出版社，摘要：數字信號與數字圖像處理技術的掌握與應用，必須具有扎實的理論知識，并且能夠熟練使用一些工具。本書為了使讀者能夠在較短的時間內對相關的理論知識有一個突破，別且能夠熟練的使用MATLAB工具解決實際問題，書中不僅對理論知識做了系統的概括與總結，而且對MATLAB中有關數字信號處理和數字圖像處理的實現算法做了詳盡的描述。[3] 于潤偉. MATLAB基礎及應用【M】. 北京：機械工業出版社，