Wie entwirft man FIR-Filter im ASN Filter Designer?
FIR-Filter (finite impulse response) sind für eine Vielzahl von Signalverarbeitungsanwendungen nützlich. Dazu gehören Audiosignalverarbeitung und Rauschunterdrückung. Obwohl es mehrere praktische Implementierungen für FIRs gibt, sind die direkte Form und ihre transponierte Cousine vielleicht die am häufigsten verwendeten. Daher sind alle entworfenen Filterkoeffizienten für die Implementierung in einer Struktur der direkten Form in ASN Filter Designer vorgesehen.
Der ASN Filter Designer unterstützt den Entwurf und die Implementierung sowohl von Direct Form als auch von Direct Form Transposed FIRs. Wie bei IIR-Filtern ist die Standardstruktur die Direct Form Transposed-Struktur, da sie bei der Verwendung von Fließkommazahlen eine höhere numerische Genauigkeit aufweist.
FIR-Filter im ASN Filter Designer
Der FIR-Filterdesigner (finite impulse response) wird über den Parks-McClellan-Algorithmus implementiert und ermöglicht den Entwurf der folgenden Filtertypen:
- Tiefpass
- Hochpass
- Bandpass
- Bandsperre
- Multiband
- Hilbert-Transformator
- Unterscheidungsglied
Der Parks-McClellan-Algorithmus bietet im Vergleich zu anderen FIR-Entwurfsmethoden ein gewisses Maß an Flexibilität, da jedes Band individuell angepasst werden kann, um den Anforderungen des Designers zu entsprechen.
Es können Filterordnungen von bis zu 499 (nur in der professionellen Version) konstruiert werden, wobei diese Zahl bei Streaming-Audio-Anwendungen auf 200 begrenzt ist. Wie bei den IIR-Filtern können die Nullstellen eines FIR-Filters mit dem P-Z-Editor modifiziert werden (die Dropdown-Liste “Method” ändert sich zu “User defined”), einschließlich der Möglichkeit, Pole hinzuzufügen und das Filter in ein IIR-Filter umzuwandeln.
FIR-Entwürfe höherer Ordnung (>100): Um das Plotten zu beschleunigen, werden Aktualisierungen des P-Z-Diagramms verschoben, bis die linke Maustaste losgelassen wird.
Die Ordnungsschätzung des Parks-McClellan-Algorithmus unterschätzt manchmal die für die gegebenen Spezifikationen erforderliche Filterordnung. Um die Ordnungsschätzung automatisch um 2 zu erhöhen (Überschätzung), können Sie daher das Kontrollkästchen Minimum deaktivieren.
Konvergenz und Fehler
Der Parks-McClellan-Algorithmus ist ein optimales Tschebyscheff-FIR-Entwurfsverfahren, allerdings konvergiert der Algorithmus für einige Spezifikationen möglicherweise nicht. In solchen Fällen hilft es im Allgemeinen, den Abstand zwischen den Entwurfsmarkierungsbändern zu vergrößern.
Fehler im Wurzelfindungsalgorithmus führen in der Regel zu unerwünschten Ergebnissen bei Filterimplementierungen hoher Ordnung. Daher sollten die im P-Z-Diagramm dargestellten Nullstellen für höhere Ordnungen (> 60 oder so) nur als eine Illustration der tatsächlichen Positionen interpretiert werden. Wenn Sie ein FIR-Filter hoher Ordnung mit einigen hundert Anzapfungen entwerfen, ist es außerdem nicht empfehlenswert, den P-Z-Editor für die Bearbeitung der Positionen der Nullstellen zu verwenden.
Multiband FIR
Um einen beliebigen Frequenzgang zu implementieren, können Sie die Multiband-Entwurfsmethode verwenden. Zusätzliche Bänder können in der Entwurfsspezifikationstabelle hinzugefügt oder entfernt werden, indem Sie mit der rechten Maustaste auf ein Band klicken und die gewünschte Option auswählen.
Die Entwurfsmethode erfordert, dass mindestens ein Band ein Durchlassband ist.
Alle Bänder mit einer Dämpfung von 10 dB oder weniger werden als Durchlassbänder eingestuft. Je nach dem Grad der angegebenen Banddämpfung wandelt das Tool automatisch ein Sperrband in ein Durchlassband um und umgekehrt.
Lesen Sie mehr über FIR-Filter in:
IIR- und FIR-Entwurfsleitfaden
Implementierung von FIR-Filtern mit dem ASN Filter Designer und dem Arm CMSIS-DSP Software Framework
