单片机与DSP中的计算低通滤波器的过冲

要求 计算3dB截止频率为l00Hz的3阶巴特沃兹低通滤波器的过冲量。同时计算振铃基本消失的大致时间，即稳定时间。 　　解 归一化低通滤波器的阶跃响应示于图（a）。如果时间轴除以2πfc，这里c＝100 Hz，即得到图（b）所示的阶跃响应。过冲略低于10％，在25ms后，幅度几乎稳定。 　　如果滤波器的输入信号是一个脉冲函数而不是一个阶跃函数，而且假设脉冲的宽度大于稳定时间，则仍然可以利用阶跃响应曲线估计瞬态响应。 　　  来源:ks99 在电子工程领域，特别是在信号处理和数字信号处理（DSP）中，低通滤波器是一种重要的工具，用于去除高频噪声，平滑信号或选择特定频率范围内的成分。本话题聚焦于计算具有3dB截止频率为100Hz的3阶巴特沃兹低通滤波器的过冲量以及其稳定时间，这对于理解和设计滤波器系统至关重要。 让我们理解几个关键术语： 1. **3dB截止频率**：这是滤波器开始显著衰减信号的频率。在这个频率下，滤波器的增益降低了3dB，意味着通过滤波器后的信号功率降低了一半。 2. **巴特沃兹滤波器**：这是一种无失真设计的理想低通滤波器，具有平坦的频率响应和快速的滚降率。阶数越高，滤波器的陡峭度越好，但需要更多的运算资源。 3. **过冲**：在阶跃响应中，过冲是指在达到稳态值之前的峰值与最终稳态值之间的差值。在本例中，过冲量略低于10%，表示在滤波器响应过程中，信号的最大振荡幅度不超过10%。 4. **稳定时间**或**振铃基本消失的时间**：这是指输入阶跃信号后，滤波器输出达到并保持在一个可接受的误差范围内所需的时间。在这个时间之后，我们可以认为滤波器已经完成了瞬态响应，进入了稳态工作模式。 对于一个3阶巴特沃兹低通滤波器，其阶跃响应通常会呈现出逐渐上升然后趋于稳定的特性。归一化的阶跃响应可以消除特定截止频率的影响，使得不同截止频率的滤波器可以进行比较。当将时间轴除以2πfc（其中f是截止频率，c是给定的3dB截止频率100Hz），我们可以得到与截止频率无关的响应曲线。 根据描述中的信息，过冲略低于10%，并且在25毫秒后，幅度几乎稳定。这意味着滤波器的瞬态响应非常快，能够在很短的时间内收敛到稳态值。这个25ms的稳定时间对于实时系统来说是非常理想的，因为它允许系统快速地对输入变化做出响应。 对于脉冲输入信号，尽管其宽度大于稳定时间，我们仍然可以通过观察阶跃响应来预测瞬态行为。这是因为阶跃响应本质上是所有可能输入信号响应的积分，包括脉冲信号。因此，脉冲信号的响应可以看作是阶跃响应的缩影，只是持续时间更短。 总结起来，计算3dB截止频率为100Hz的3阶巴特沃兹低通滤波器的过冲量和稳定时间是设计和评估这种滤波器性能的关键步骤。过冲量反映了滤波器的动态特性，而稳定时间则决定了滤波器处理快速变化信号的能力。在实际应用中，这些参数可以帮助工程师优化滤波器设计，以满足特定系统的需求。