IIR濾波器簡介（上）

簡介

本系列文章簡要介紹了數字濾波器及其設計注意事項。內容涵蓋MCK-RA6T2上IIR濾波器加速器 (IIRFA) 外設的配置和操作。本應用筆記的補充應用示例演示了濾波器設計、系數提取、外設配置和操作，以及使用帶通濾波器從已知信號中去除噪聲的輸出驗證。

利用本應用筆記，您可以為在MCK-RA6T2上運行的應用有效地設計和實現IIR濾波器。

目標器件

RA6T2

所需資源

要編譯和運行IIRFA應用示例，需要具備以下資源：

開發工具和軟件

? e2 studio 集成開發環境 (IDE)，版本2022-01 (22.1.0) 或更高版本

? RA產品家族靈活配置軟件包 (FSP) 版本3.6.0或更高版本

? J-Link RTT Viewer版本7.64b或更高版本

FSP和e2 studio捆綁在一個可下載平臺安裝程序中，可從瑞薩網站獲得：

? MATLAB R2014b或更高版本

DSP系統工具箱

硬件

? RA6T2

? USB-C轉USB-A電纜

? 運行Windows 10的主機PC

前提條件和目標受眾

本應用筆記的讀者應具備一定的瑞薩e2 studio IDE和RA產品家族靈活配置軟件包 (FSP) 使用經驗。在執行本應用筆記中的操作步驟之前，先按照《FSP用戶手冊》中的步驟操作，以編譯和運行Blinky項目。這樣可以幫助您熟悉e2 studio和FSP，并確認所用電路板的調試連接能否正常運行。此外，您還應具備一些與IIR濾波相關的DSP主題的理論背景。

目標受眾為想要利用RA6T2 MCU上的IIRFA模塊開發應用的用戶。

目錄

IIR濾波器簡介

配置IIRFA

濾波器設計方法

運行示例項目

后續步驟

參考資料

1. IIR濾波器簡介（上）

本節簡要介紹數字濾波的背景知識，重點介紹使用IIR濾波器實現的理論含義。如果您已熟悉數字濾波，可以查看本系列文章的第2節。

注：

您應對數字濾波相關的DSP理論有基本了解。

本節討論MATLAB中為IIR濾波器設計提供的設計選項之間的主要區別。目標是讓您獲得足夠的知識，以幫助您根據自己的濾波需求選擇最佳選項。如果您想更深入地探討DSP理論，請參看后文第1.5節閱讀更多內容。

1.1 IIR和FIR濾波器的定義

數字濾波器是離散時間系統，它對采樣信號執行算法運算，以減弱或增強輸入信號的特定方面。數字濾波器作用于輸入的相位和頻率響應，以允許信號的某些頻率通過輸出端，同時阻止（即衰減）不需要的頻率。

在時域中，數字濾波器對輸入信號中動態變化的響應通過系統的脈沖響應來表征。在頻域中，濾波器的響應通過系統的傳送函數來表征。

脈沖響應始終是一個由一個序列描述的無限長信號，它可以包含零值和非零值。脈沖響應的非零值通常稱為抽頭?；诿}沖響應可以實現的濾波器有兩種情況：

無限脈沖響應 (IIR) 濾波器

無限脈沖響應 (IIR) 濾波器在脈沖響應中包含無限數量的抽頭。系統的模擬傳送函數包含一個反饋分量。

有限脈沖響應 (FIR) 濾波器

有限脈沖響應 (FIR) 濾波器在脈沖響應中包含有限數量的抽頭。

1.2 IIR濾波器的優點和缺點

在處理濾波問題時，務必要考慮兩種類型濾波器之間的利弊，以設計出滿足目標要求的系統。本節僅對使用IIR濾波器的優點和缺點進行詳細介紹。一般而言，IIR濾波器的優點即是FIR濾波器的缺點，反之亦然。

優點

IIR濾波器的一些主要優點包括：

? 與行為規范相當的FIR濾波器相比，計算成本更低

? 輸入輸出信號延遲更短

? 形式簡潔

缺點

使用IIR濾波器的一些主要缺點包括：

? 系統穩定性得不到保障（但數值工具可通過選取極點和零點來緩解此問題，從而實現系統穩定）

? 系統的相位響應更難控制

? 設計濾波器是一個復雜的數學過程（但利用諸如MATLAB這樣強大的濾波器設計工具可以簡化設計過程）

? 對數值精度敏感（請參閱后文的第2.2節來深入探討）

未完待續

審核編輯：湯梓紅