电源滤波器的归一化设计方法

电源滤波器的归一化设计方法

摘要：本文阐述了电源滤波器的归一化设计方法，根据插入损耗要求，通过归一化单元电路快速计算出电源滤波器所需的元器件理论参数值，并通过仿真软件和试验验证，证明了此方法的有效性。

关键词：电源滤波器；插入损耗；归一化设计方法；仿真；试验验证

1 引言

所有电气组合类产品定型前都必须通过相关传导干扰标准的测试认证，因此在电气组合内加入电源滤波器，是帮助电气组合通过传导干扰标准的必备条件。本论文结合某项目对电源线上传导干扰衰减需求，从插入损耗要求分析、归一化设计、硬件电路设计与分析、仿真验证、试验验证五个方面阐述了电源滤波器的归一化设计方法，帮助设计人员在实际工况下快速选取所需拓扑和确定有效参数，从而提升系统电磁兼容性。

2插入损耗要求分析

电源线上传导干扰分为线-线间共模干扰与线-地间差模干扰，电源滤波器对传导干扰的衰减能力被称为插入损耗，某项目中对电源滤波器插入损耗要求如下表1：

表1 电源滤波器插入损耗要求表

依据表1中电源滤波器插入损耗要求，绘制共模和差模插损频谱图，如图1，根据频谱图得出滤波器差损所需最小斜率（每10倍频程fT下的dB衰减）得出满足共模和差模插损所需最小阶数与对应的截止频率。

计算时采取频点法，计算多个频率点的衰减量，将每个点的衰减量连接起来，得到一条衰减曲线。计算每10倍频程损耗下降的梯度，而单个元器件的衰减量为20dB。通过与单个元器件的衰减量比较，可得出滤波器阶数。

图1 共模和差模插损频谱图

n为滤波器的阶次，n阶滤波器的衰减斜率为（20n）dB/dec，由图可得当衰减斜率不小于K2时，即衰减速率为40dB/dec的2阶滤波器为满足插入损耗要求最小拓扑，计算方法如下：

n：滤波器阶数

：频谱图中需求取的截止频率

：频谱图中最小频率点

：最小频率点处对应的插入损耗

计算共模截止频率

计算差模截止频率

3归一化设计

归一化LPF，就是截止频率为1/(2π)Hz且特征阻抗为1Ω的LPF，计算过程：归一化低通滤波器→截止频率变换→特征阻抗变换。依据表1中插入损耗要求，选用衰减斜率为40dB/dec，2阶滤波器作为归一化单元电路，电路结构如下：

图2 2阶归一化LPF电路

M值及K值求取公式；

求所要设计的电感值，为归一化滤波器的电感值；

求所要设计的电容值，为归一化滤波器的电容值；

在2阶巴特沃夫归一化LPF电路中，归一化电感值：=1.4142H，归一化电容值：=1.4142F。

计算归一化所需共模电感值Lc

计算归一化所需共模电容值Cc

计算归一化所需差模电感值Ld

计算归一化所需差模电容值Cd

4 硬件电路设计与分析

通过上述电源滤波器的归一化参数计算，依据某项目实际应用工况搭建2阶滤波器硬件电路如下：

Lcm1共模电感器 Ldm1差模电感器 Cy共模电容差模电容(等效值1/2Cy)

图3 电源滤波器硬件电路

其中差模噪声传导路径如下：

图4 差模噪声传导路径

归一化计算结果得到总差模电感值Ld=2.2mH，总差模电容值Cd=1μF，由以上差模等效

电路图可得总差模电感值Ld=2Llk+2Ldm1≈2Ldm1=2.2mH，因此可得差模电感器Ldm1=1.1mH，差模电容量Cd=1/2Cy=1μF，对应共模电容器Cy=2μF。

共模噪声传导路径如下：

图5 共模噪声传导路径

由归一化计算结果得到总共模电感值Lc=8.4mH，总共模电容值Cc=3.4μF，由以上共模

等效电路图可得共模电感值Lc=Lcm1+1/2Llk+1/2Ldm1≈Lcm1+1/2Ldm1=8.4mH，又因

Ldm1=1.1mH，故共模扼流圈Lcm1=7.85mH，共模而总共模电容值Cc=2Cy=3.4μF，对应单个

共模电容器Cy=1.7μF。

以上为插入损耗所需的最小元器件参数。然后根据器件手册选型，对元器件参数进行取

整和降额，共模扼流圈Lcm1选型9mH＞7.85mH，差模电感选型2mH＞1.1mH，共模电容选型

2μF。

5试验验证

在电磁兼容试验室对电源滤波器进行测试，其性能指标如表3，所有测试结果均满足插

入损耗要求。

表2 实测插入损耗表

6结论

通过归一化设计方法，能够快速计算电源滤波器的所需参数和完成器件选项，并通过试

验验证确定此方法有效性，快速提升电源滤波器设计效率，缩短产品研制周期。

参考文献：

[1]卞荣. 某型开关电源EMI滤波器的优化设计及研究[D].武汉：武汉理工

大学，2014.

[2]曹丽萍. 开关电源EMI滤波器研究[D].西安：西安电子科技大学，2010.。

[3] 卜俊怡，多级EMI滤波器优化设计方法研究，苏州大学 2012

直流电源EMI滤波器的设计原则、网络结构、参数选择

直流电源EMI滤波器的设计原则、网络结构、参数选择 1设计原则——满足最大阻抗失配 插入损耗要尽可能增大，即尽可能增大信号的反射。设电源的输出阻抗和与之端接的滤波器的输人阻抗分别为ZO和ZI，根据信号传输理论，当ZO≠ZI时，在滤波器的输入端口会发生反射，反射系数 p＝（ZO－ZI）／（ZO＋ZI） 显然，ZO与ZI相差越大，p便越大，端口产生的反射越大，EMI信号就越难通过。所以，滤波器输入端口应与电源的输出端口处于失配状态，使EMI信号产生反射。同理，滤波器输出端口应与负载处于失配状态，使EMI信号产生反射。即滤波器的设什应遵循下列原则：源内阻是高阻的，则滤波器输人阻抗就应该是低阻的，反之亦然。 负载是高阻的，则滤波器输出阻抗就应该是低阻的，反之亦然。 对于EMI信号，电感是高阻的，电容是低阻的，所以，电源EMI滤波器与源或负载的端接应遵循下列原则： 如果源内阻或负载是阻性或感性的，与之端接的滤波器接口就应该是容性的。 如果源内阻或负载是容性的，与之端接的滤波器接口就应该是感性的。 2 EMI滤波器的网络结构 EMI信号包括共模干扰信号CM和差模干扰信号DM，CM和DM的分布如图1所示。它可用来指导如何确定EMI滤波器的网络结构和参数。 EMI滤波器的基本网络结构如图2所示。 上述4种网络结构是电源EMI滤波器的基本结构，但是在选用时，要注意以下的间题： l）双向滤波功能——电网对电源、电源对电网都应该有滤波功能。 2）能有效地抑制差模干扰和共模干扰——工程设计中重点考虑共模干扰的抑制。 3）最大程度地满足阻抗失配原则。

几种实际使用的电源EMI滤波器的网络结构如图3所示。 3电源EMI滤波器的参数确定方法 a）放电电阻的取值 在允许的情况下，电阻取值要求越小越好，需要考虑以下情况： 第一，电阻要求采用二级降额使用，保证可靠性。降额系数为0.75 V，0. 6 W。根据欧姆定律可求出n＞（0.75Ve）2／（0.6 Pe）。 第二，经过雷击浪涌后有残压，其瞬时值一般在1000 V取值；其瞬时功率值不能超过额定功率值的4倍，也可求出R＞(Vcy)2／（4Pe）。 两者综合考虑取R值，一般情况下，电阻R的取值为75－200 K之间。功率为2－3 W。金属模电阻。 b）Cx电容的取值 在允许的情况下，容量要求越大越好，其值很难确切地估算出来，一般情况下，要求取值在l－5uf之间（对每个电容）。电容的耐压值必须经过雷击浪涌后取值，有残压，其瞬时值一般在1000V／s时不损坏，按二级降额的原则选取，取值在275 V，频率特性与电容的取值有关，取值越小，频率特性越好。

单电源运放滤波器设计

这节非常深入地介绍了用运放组成的有源滤波器。在很多情况中，为了阻挡由于虚地引起的直流电平，在运放的输入端串入了电容。这个电容实际上是一个高通滤波器，在某种意义上说，像这样的单电源运放电路都有这样的电容。设计者必须确定这个电容的容量必须要比电路中的其他电容器的容量大100 倍以上。这样才可以保证电路的幅频特性不会受到这个输入电容的影响。如果这个滤波器同时还有放大作用，这个电容的容量最好是电路中其他电容容量的1000 倍以上。如果输入的信号早就包含了VCC/2 的直流偏置，这个电容就可以省略。 这些电路的输出都包含了VCC/2 的直流偏置，如果电路是最后一级，那么就必须串入输出电容。 这里有一个有关滤波器设计的协定，这里的滤波器均采用单电源供电的运放组成。滤波器的实现很简单，但是以下几点设计者必须注意： 1. 滤波器的拐点(中心)频率 2. 滤波器电路的增益 3. 带通滤波器和带阻滤波器的的Q值 4. 低通和高通滤波器的类型(Butterworth 、Chebyshev、Bessell) 不幸的是要得到一个完全理想的滤波器是无法用一个运放组成的。即使可能，由于各个元件之间的负杂互感而导致设计者要用非常复杂的计算才能完成滤波器的设计。通常对波形的控制要求越复杂就意味者需要更多的运放，这将根据设计者可以接受的最大畸变来决定。或者可以通过几次实验而最终确定下来。如果设计者希望用最少的元件来实现滤波器，那么就别无选择，只能使用传统的滤波器，通过计算就可以得到了。 3．1 一阶滤波器 一阶滤波器是最简单的电路，他们有20dB 每倍频的幅频特性 3．1．1 低通滤波器 典型的低通滤波器如图十三所示。

电源滤波器的归一化设计方法

电源滤波器的归一化设计方法 摘要：本文阐述了电源滤波器的归一化设计方法，根据插入损耗要求，通过归一化单元电路快速计算出电源滤波器所需的元器件理论参数值，并通过仿真软件和试验验证，证明了此方法的有效性。 关键词：电源滤波器；插入损耗；归一化设计方法；仿真；试验验证 1 引言 所有电气组合类产品定型前都必须通过相关传导干扰标准的测试认证，因此在电气组合内加入电源滤波器，是帮助电气组合通过传导干扰标准的必备条件。本论文结合某项目对电源线上传导干扰衰减需求，从插入损耗要求分析、归一化设计、硬件电路设计与分析、仿真验证、试验验证五个方面阐述了电源滤波器的归一化设计方法，帮助设计人员在实际工况下快速选取所需拓扑和确定有效参数，从而提升系统电磁兼容性。 2插入损耗要求分析 电源线上传导干扰分为线-线间共模干扰与线-地间差模干扰，电源滤波器对传导干扰的衰减能力被称为插入损耗，某项目中对电源滤波器插入损耗要求如下表1： 表1 电源滤波器插入损耗要求表

依据表1中电源滤波器插入损耗要求，绘制共模和差模插损频谱图，如图1，根据频谱图得出滤波器差损所需最小斜率（每10倍频程fT下的dB衰减）得出满足共模和差模插损所需最小阶数与对应的截止频率。 计算时采取频点法，计算多个频率点的衰减量，将每个点的衰减量连接起来，得到一条衰减曲线。计算每10倍频程损耗下降的梯度，而单个元器件的衰减量为20dB。通过与单个元器件的衰减量比较，可得出滤波器阶数。 图1 共模和差模插损频谱图 n为滤波器的阶次，n阶滤波器的衰减斜率为（20n）dB/dec，由图可得当衰减斜率不小于K2时，即衰减速率为40dB/dec的2阶滤波器为满足插入损耗要求最小拓扑，计算方法如下： n：滤波器阶数 ：频谱图中需求取的截止频率 ：频谱图中最小频率点 ：最小频率点处对应的插入损耗 计算共模截止频率

电源滤波器的设计

电源滤波器的设计 第5章电磁干扰滤波器 刘洋应用物理教研室1 滤波器的特性滤波是抑制传导干扰的一种重要方法采用滤波器的目的 是分离信号、抑制干扰。滤波器是由集中参数或分布参数的电阻、电感和 电容构成的一种网络。 电磁兼容滤波器设计是电磁兼容设计工程中的一个非常重要的环节。 有时候设计的滤波器性能如何会决定整个电器设备是否能够正常工作。但 因为电磁兼容滤波器的设计涉及的知识面非常广，设计出一个性能较好的 滤波器并不是一件容易的事情。 5.1干扰的分类5.1.1按噪声产生的原因分类放电噪声主要是因为雷电、 静电、电动机的电刷跳动、大功率开关触点断开等放电产生的噪声。3高频振荡噪声主要是中频电弧炉、感应电炉、开关电源、直流—交流 变换器等产生高频振荡时形成的噪声。 浪涌噪声主要是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调 节器的导通电流以及晶闸管变流器等设备产生涌流引起的噪声。这些干扰 对微机测控系统都有严重影响，必须认真对待，而其中尤以各类开关通、 断电时所产生的干扰最难以抑制或消除。 5.1.2按噪声传导模式分类对于传导噪声，按其传导模式分为差模噪 声和共模噪声。 差模噪声又称线间感应噪声或对称噪声。有些书中也称其为串模噪声或常模噪声、横向噪声等。如下图所示，噪声往返于两条线路间，N为噪声源，

R为受扰设备，UN为噪声电压，噪声电流IN和信号电流IS的路径在往返两条线上是一致的。5 差模干扰电流是由外界电磁场在信号线和信号地线构成的回路中感应出的。由于电缆中的信号线与其地线靠得很近，因此形成的环路面积很小，所以外界电磁场感应的差模电流一般不会很大。在电源线中，差模干扰电流往往是由电网上其他电器的电源发射出的(特别是开关电源)和感性负6 载通断时产生的(其幅度往往很大)。差模干扰电流都会直接影响设备 的工作，并且，这种噪声难以除掉。 共模噪声又叫地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。如下图所示，噪声侵入线路和地线间。噪声电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返两条线路中流过。形成这种干扰电流的原因有3个，一个是外界电磁场在电缆中的所有导线上感应出来电压(这个电压相对于 大地是等幅同相的),这个电压产生电流；另一个原因是由于电缆两端的设备所接的地电位不同所致，7 在这个地电压的驱动下产生电流；第三个原因是设备上的电缆与大地 之间有电位差，这样电缆上会有共模电流。 从定义容易理解：共 模电流本身并不会对电路产生影响，只有当共模电流转变为差模电流(电压)时，才会对电路产生影响，这种情况发生在电路不平衡的情况下。 另外，如果设备在其电缆上产生共模电流，则电缆会产生强烈的电磁辐射，造成设备不能满足电磁兼容标准中对辐射发射的限制要求，或对其他设备 造成干扰。 共模噪声转化成差模噪声从本质上讲，共模噪声是可以除掉的。但是由于线路的不平衡状态，共模噪声会转化成差模噪声。可用下图来说明共模噪声转化成差模噪声的原理。9

开关电源直流EMI滤波器设计的一般原理和方法

开关电源直流EMI滤波器设计的一般原理和方法开关电源直流EMI滤波器设计的一般 原理和方法 电子技术的迅速发展，对电子仪器和设备提出了更高的要求:性能上，更加安全可靠;功能上，不断增加;使用上，自动化程度越来越高;体积上，要日趋小型化。这使得具有众多优点的开关电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面得到了日益广泛的应用。但是，在开关稳压电源中，开关管工作在开关状态，其交变电压和电流会通过电路的元器件产生很强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰严重地污染了市电电网，影响了邻近电子仪器及设备的正常工作;同时，由于这一缺点，使得开关电源无法应用于一些精密的电子仪器中，因此，尽量降低开关电源的电磁干扰，提高其使用范围，是从事开关电源设计必须考虑的问题。 本文应用了二端口网络的原理，对开关电源中直流EMI滤波器进行了分析，给出了直流EMI滤波器设计的一般方法及相关参数的计算方法。 1 基于二端口网络直流EMI滤波器的设计 目前广泛使用的开关电源，无论单桥式、推挽式、半桥式、全桥式都可以归纳为图1所示的形式(以单相为例)。 图1 开关电源的一般性原理图 由图1可以看出，通过对直流EMI滤波器的配置，可以改变电路的等效阻抗，进而达到预期的滤波效果。 直流EMI滤波器双端口网络模型如图2所示。其混合参数方程为 (1) 式中:g11为输入导纳; g22为输出阻抗;

g12为反向电流增益; g21为正向电压增益。 图2 直流EMI滤波器双端口网络模型 由式(1)可以等效出如图3所示的原理图。 图3 直流EMI滤波器等效原理图 直流EMI滤波器设计必须满足以下几项要求: 1)要保证滤波器在滤波的同时，不影响电源的带负荷能力; 2)对于输入的直流分量，要求滤波器尽量不造成衰减; 3)对于谐波分量，滤波器要有良好的滤波效果。 结合混合参数方程及等效原理图,由要求1)知，滤波器的输入导纳和输出阻抗要尽可能小，即g11=g22=0 由要求2)知，低频时，反向电流增益g12和正向电压增益g21设计值要尽量为1，而输入导纳和输出阻抗要尽可能小,也即g12=g21=1，g11=g22=0; 由要求3)知，高频时，g11，g12，g21，g22都要尽可能地小。 以上的分析结论就是直流EMI滤波器设计的一般方法及滤波效果的评判标准。 2 实例分析 LC滤波器和四阶直流线路滤波器是工程实际中常用的滤波器,下面就以上面的结论分析其滤波效果。图4为LC滤波器原理图。 图4 LC滤波器原理图 其混合参数方程为 (2) 对于直流分量，由于f趋向于0，对应有ω=2πf趋向于0;显然 g11=g22=0;g12=g21=1。 对于谐波分量，

电源滤波的方法(二)

电源滤波的方法(二) 电源滤波的方法 电源滤波是现代电子设备必备的一项技术，它的作用是消除或减小电源信号中的噪声和干扰，保证设备的正常工作和信号传输质量。本文将详细介绍一些常用的电源滤波方法。 1. 低通滤波器 低通滤波器是一种常见的电源滤波方法，它可以通过将高频信号滤除，只保留低频信号，来消除电源中的高频噪声和干扰。常用的低通滤波器包括RC滤波器和LC滤波器。 •RC滤波器：由电阻和电容构成，通过限制电流的瞬时变化来滤除高频信号。RC滤波器适用于对高频信号要求不高的场合。 •LC滤波器：由电感和电容构成，通过限制电压的瞬时变化来滤除高频信号。LC滤波器适用于对高频信号要求较高的场合。 2. 高通滤波器 高通滤波器是另一种常用的电源滤波方法，它可以通过将低频信号滤除，只保留高频信号，来消除电源中的低频噪声和干扰。常用的高通滤波器包括RL滤波器和CR滤波器。 •RL滤波器：由电阻和电感构成，通过限制电流的直流分量来滤除低频信号。RL滤波器适用于对低频信号要求不高的场合。

•CR滤波器：由电容和电阻构成，通过限制电压的直流分量来滤除低频信号。CR滤波器适用于对低频信号要求较高的场合。 3. 陷波滤波器 陷波滤波器是一种用于滤除特定频率的信号的电源滤波方法。它 可以通过调节电路中的电感、电容和电阻的数值，使电路的共振频率 与待滤除的频率匹配，从而实现对该频率信号的滤除。陷波滤波器常 用于消除电源中的特定频率噪声和干扰。 4. 磁滤波器 磁滤波器是一种利用磁性元件对电源信号进行滤波的方法。它通 过磁场的作用，在传输线上产生电感，从而抑制高频噪声和干扰信号。磁滤波器常用于对高频信号要求不高的场合。 5. 压电滤波器 压电滤波器是一种利用压电效应进行滤波的方法。它通过在电源 线路上添加压电材料，利用材料的压电特性将电源信号中的噪声和干 扰转化为机械振动，从而滤除高频信号。压电滤波器适用于对高频信 号要求较高的场合。 以上是几种常见的电源滤波方法，它们在电子设备的设计和制造 中起着重要作用。根据具体的应用场景和滤波要求，可以选择合适的 滤波器组合来实现对电源信号的有效滤波和净化。

电源滤波器制作方法

电源滤波器制作方法 电源滤波器是一种用于消除电源中的噪声和干扰信号的电子器件。它的作用是净化电源信号，使电器设备获得稳定、纯净的电能，从而保证设备的正常工作和延长设备的使用寿命。本文将详细介绍电源滤波器的制作方法。 一、材料准备 制作电源滤波器所需的材料有： 1. 电源滤波器芯片：常见的有L型滤波器和π型滤波器，可以根据需要选择合适的芯片。 2. 电感线圈：它是电源滤波器的重要组成部分，用于滤除高频噪声。 3. 电容器：用于滤除低频噪声。 4. 电源连接线：将电源滤波器与电器设备连接。 二、制作步骤 1. 选择合适的滤波器芯片：根据电器设备的功率和工作电压，选择合适的滤波器芯片。一般来说，L型滤波器适用于功率较小的设备，而π型滤波器适用于功率较大的设备。 2. 连接电感线圈：将电感线圈连接到滤波器芯片的输入端和输出端。电感线圈的连接方式要根据滤波器芯片的引脚布局来确定。 3. 连接电容器：将电容器连接到滤波器芯片的输入端和地线上。电容器的连接方式也要根据滤波器芯片的引脚布局来确定。 4. 连接电源线：将电源线连接到滤波器芯片的输入端和电源上。这

样，电源滤波器就可以工作了。 三、注意事项 在制作电源滤波器时，需要注意以下几点： 1. 确保滤波器芯片的输入端和输出端的连接正确，避免反向连接导致滤波效果降低或损坏滤波器芯片。 2. 选择合适的电感线圈和电容器，使其满足设备的功率和工作电压要求。 3. 确保电源线和滤波器芯片的连接牢固可靠，避免接触不良导致电源滤波器失效。 4. 在连接电源线时，注意电源的极性，避免反向连接导致电源滤波器无法正常工作。 四、使用和维护 1. 安装电源滤波器时，应将其放置在离电器设备尽可能近的位置，以减少干扰信号的传播距离。 2. 定期检查电源滤波器的连接是否松动，如有松动应及时紧固，以保证滤波效果。 3. 如发现电源滤波器工作异常或效果降低，应及时更换滤波器芯片或维修电源滤波器。 电源滤波器是一种用于消除电源中噪声和干扰信号的重要电子器件。通过选择合适的滤波器芯片，连接电感线圈、电容器和电源线，可

matlab 滤波器设计 能量归一化

matlab 滤波器设计能量归一化 滤波器是数字信号处理中常用的工具，它可以对信号进行去噪、频率选择和频率响应调整等操作。在滤波器设计中，能量归一化是一个重要的概念。本文将介绍什么是能量归一化以及如何在Matlab中进行滤波器设计并实现能量归一化。 能量归一化是一种常见的信号处理方法，主要目的是将信号的能量调整为单位能量，以方便后续处理和分析。在信号处理的过程中，信号的能量是一个重要的特征，而能量归一化可以使不同能量的信号具有可比性，从而更好地进行处理。 在Matlab中，滤波器设计可以使用信号处理工具箱中的函数来实现。其中，最常用的函数是fir1和fir2函数，分别用于设计FIR滤波器的一阶和二阶滤波器。这些函数可以根据给定的参数，如滤波器的阶数、截止频率等，自动计算出滤波器的系数。 为了实现能量归一化，我们可以在设计滤波器时，将滤波器的系数进行归一化处理。具体而言，可以使用sum函数来计算滤波器系数的平方和，然后将每个系数除以平方和的平方根，即可实现能量归一化。这样处理后的滤波器系数将具有单位能量，方便进行后续处理和分析。 除了能量归一化，滤波器设计中还有一些其他的技巧和注意事项。例如，滤波器的阶数和截止频率需要根据具体的应用需求进行选择。

较高的阶数可以实现更好的滤波效果，但也会增加计算复杂度。而截止频率的选择需要根据信号的频率特性进行调整，以确保所设计的滤波器能够满足实际需求。 在进行滤波器设计时，还需要注意滤波器的类型。常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。不同类型的滤波器适用于不同的信号处理任务，因此在设计滤波器时，需要根据具体的需求选择合适的滤波器类型。 在Matlab中，除了fir1和fir2函数，还有一些其他的滤波器设计函数可以使用，如cheby1、cheby2和butter等。这些函数提供了更多的滤波器设计选项，可以根据具体的需求进行选择和调整。 能量归一化是滤波器设计中的一个重要概念。在Matlab中，可以使用信号处理工具箱中的函数来实现滤波器设计，并通过归一化处理来实现能量归一化。在设计滤波器时，还需要考虑滤波器的阶数、截止频率和类型等因素，以满足实际的信号处理需求。通过合理的滤波器设计和能量归一化处理，可以提高信号处理的效果和准确性。

切比雪夫滤波器设计

切比雪夫滤波器设计 切比雪夫滤波器属于一种数字滤波器，其设计方法是基于切比雪夫多项式，通过对滤波器响应进行加权，以达到滤波器设计的目的。切比雪夫滤波器相较于其他滤波器，在频域上有更为陡峭的衰减特性，因此在一些对频率响应要求比较严格的应用中，如通信系统中的抗干扰滤波，切比雪夫滤波器更为常用。 首先进行归一化，将滤波器的通带和阻带转化为标准化通带和阻带。对于一个给定的滤波器，其通带标准频率为1，阻带标准频率为0。通带频率和阻带频率的转化公式如下： NormPassFreq = PassFreq / (SampleFreq/2) NormStopFreq = StopFreq / (SampleFreq/2) 其中PassFreq和StopFreq分别为实际通带和阻带的频率，SampleFreq为采样频率。 接下来设计滤波器的阶数，阶数决定了滤波器的复杂度和性能。一般来说，滤波器的阶数越高，滤波器的性能越好，但实现起来的复杂度也相应增加。根据实际需求，选择滤波器的阶数。 然后设计原型滤波器，原型滤波器是一种特殊的滤波器，通过对其进行变换，可以得到满足具体要求的切比雪夫滤波器。原型滤波器的通带和阻带频率范围为0到1，通过归一化后的通带和阻带频率计算得到。 1.根据给定的阶数和通带衰减要求，计算切比雪夫多项式的参数。 2.使用切比雪夫多项式的递推公式计算出原型滤波器的传递函数的分子和分母多项式。

3.根据设计要求，用正则化频率变换将原型滤波器转换为满足实际通带和阻带要求的切比雪夫滤波器。 最后进行频域变换，将归一化的频率转化为实际频率。通过将设计的切比雪夫滤波器进行频率域变换，得到实际的滤波器响应。可以使用傅里叶变换、离散傅里叶变换等方法进行频域变换。 总结起来，切比雪夫滤波器的设计步骤包括：归一化、设计原型滤波器、频域变换。设计中还需要根据实际要求选择合适的阶数和通带衰减要求。切比雪夫滤波器的设计方法通过对滤波器响应进行加权，达到滤波器设计的目的，具有较为陡峭的频率响应，适用于一些对频率响应要求比较严格的应用中。

iir数字低通数字滤波器的设计方法

iir数字低通数字滤波器的设计方法IIR (Infinite Impulse Response)数字低通滤波器是一种常见的 数字滤波器，其设计基于离散时间信号处理的理论。与FIR (Finite Impulse Response)数字滤波器相比，IIR滤波器具有更低的处理延迟 和更高的滤波器效率，适用于实时信号处理和大量数据处理。 IIR数字低通滤波器的设计方法可以分为两种：频率变换法和脉冲响应法。下面分别介绍这两种方法的基本原理和具体步骤。 1.频率变换法： 频率变换法是一种经典的IIR数字滤波器设计方法，其基本原理 是通过将模拟滤波器的设计问题转换为数字滤波器的设计问题来实现。具体步骤如下： （1）选择合适的连续时间滤波器类型和规范。 连续时间滤波器的类型和规范通常由设计要求来确定。常见的连 续时间滤波器类型有Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器和 Elliptic滤波器等。

（2）将连续时间滤波器转换为离散时间滤波器。 使用双线性变换或者脉冲响应不变法将连续时间滤波器转换为离散时间滤波器。双线性变换可以保持频率响应的形状和截止频率的准确性，但会引入频率响应失真。脉冲响应不变法可以保持频率响应的准确性，但会产生频率抖动。 （3）进行频率归一化和参数标准化。 通过将截止频率归一化到1和将设计参数标准化，使得设计过程更加简单和通用化。 （4）进行频率响应逼近或误差最小化。 根据设计要求，通过调整设计参数和滤波器类型来逼近理想的频率响应或者最小化滤波器的误差。 （5）进行离散时间滤波器的实现。 根据设计得到的离散时间滤波器的参数，采用差分方程或者直接形式实现离散时间滤波器。 2.脉冲响应法：

归一化滤波器参数推导

归一化滤波器参数推导 引言： 归一化滤波器是一种常用的数字信号处理技术，用于对信号进行滤波和频谱分析。归一化滤波器的设计和参数推导是一个重要的研究方向，本文将介绍归一化滤波器参数推导的方法和步骤。 一、什么是归一化滤波器 归一化滤波器是在频域上对信号进行滤波的一种方法，其目的是将信号的频谱分布调整到合适的范围内，以便进行后续的频谱分析或滤波操作。归一化滤波器通常包括两个主要参数：截止频率和滤波器阶数。 二、归一化滤波器参数推导的方法 1. 确定信号的频谱范围：首先需要确定信号的频谱范围，即信号的最低频率和最高频率。这可以通过频谱分析技术来获得。 2. 确定截止频率：根据信号的频谱范围，可以选择一个合适的截止频率。截止频率是指在该频率以下或以上的信号将被滤除。 3. 确定滤波器阶数：滤波器的阶数决定了滤波器的陡峭程度和滤波器的频率选择性。一般来说，阶数越高，滤波器的频率选择性越好。可以根据需要选择合适的阶数。 4. 计算滤波器的系数：根据截止频率和滤波器的阶数，可以通过一

些数学方法来计算滤波器的系数。常用的方法有巴特沃斯滤波器设计方法、切比雪夫滤波器设计方法等。 三、归一化滤波器参数推导的步骤 1. 确定信号的频谱范围。 2. 选择合适的截止频率。 3. 选择合适的滤波器阶数。 4. 计算滤波器的系数。 5. 将系数归一化到合适的范围内，以确保滤波器的稳定性和性能。 四、归一化滤波器参数推导的应用 归一化滤波器参数推导的方法可以应用于各种信号处理领域，例如音频处理、图像处理、通信系统等。在音频处理中，归一化滤波器可以用于去除噪声、增强语音等。在图像处理中，归一化滤波器可以用于图像增强、边缘检测等。在通信系统中，归一化滤波器可以用于信号调制、解调、信道均衡等。 五、总结 归一化滤波器参数推导是数字信号处理中的重要内容，通过确定信号的频谱范围、选择合适的截止频率和滤波器阶数，并计算滤波器的系数，可以设计出满足需求的归一化滤波器。归一化滤波器在音频处理、图像处理、通信系统等领域有广泛的应用，可以实现信号的滤波和频谱分析等功能。掌握归一化滤波器参数推导的方法和步骤，对于数字信号处理的研究和应用具有重要意义。

滤波器系数归一化

滤波器系数归一化 滤波器是数字信号处理中常用的工具，用于对信号进行处理和改变。滤波器系数是指在滤波器的设计过程中，确定滤波器的特性和性能的参数。归一化是将滤波器系数进行标准化处理，使其满足一定的条件和要求。 滤波器系数归一化是为了使滤波器的设计更加方便和灵活。归一化后的滤波器系数具有统一的尺度和范围，可以方便地进行比较和分析。此外，归一化还可以保证滤波器的稳定性和可靠性。 在滤波器系数归一化的过程中，有几种常用的方法和技术。一种常用的方法是将滤波器系数除以系数的绝对值之和，使其之和等于1。这样可以保证滤波器的幅频特性在全频段内保持一致。 另一种常用的方法是将滤波器系数除以系数的最大值，使其最大值等于1。这样可以保证滤波器的幅频特性在全频段内不超过1。这种归一化方法常用于设计有限冲激响应（FIR）滤波器。 除了上述两种方法，还有其他一些归一化的方法，如将滤波器系数除以系数的均方根值，使其均方根值等于1。这种归一化方法适用于设计无限冲激响应（IIR）滤波器。 滤波器系数归一化的目的是保证滤波器的性能和特性。在滤波器设计过程中，有时需要将滤波器的增益调整到特定的值，或者需要将

滤波器的幅频特性调整到一定的范围。通过归一化滤波器系数，可以方便地实现这些目标。 归一化滤波器系数还可以提高滤波器的稳定性和可靠性。滤波器系数的大小和范围会影响滤波器的性能和特性。如果滤波器系数过大或过小，可能会导致滤波器的不稳定或不可靠。通过归一化滤波器系数，可以保证滤波器的稳定性和可靠性。 滤波器系数归一化是滤波器设计中重要的一步。通过归一化滤波器系数，可以方便地进行比较和分析滤波器的性能和特性。归一化还可以保证滤波器的稳定性和可靠性。在实际应用中，根据具体的需求和要求，可以选择合适的归一化方法和技术，以得到满足要求的滤波器设计。

fir滤波器系数归一化

fir滤波器系数归一化 FIR滤波器系数归一化 FIR滤波器是一种常见的数字滤波器，用于对信号进行滤波处理。FIR滤波器的设计过程中，关键的一步是对滤波器的系数进行归一化。本文将详细介绍FIR滤波器系数归一化的概念、方法和作用。 什么是FIR滤波器的系数归一化？在FIR滤波器设计中，我们需要确定每个滤波器系数的数值大小。为了保证滤波器的稳定性和正确性，通常需要对滤波器的系数进行归一化处理。归一化就是将滤波器的系数缩放到一定的范围内，使其满足一定的条件。 FIR滤波器系数归一化的方法有很多种，常用的有幅度归一化和功率归一化。幅度归一化是将滤波器的幅度响应缩放到一定范围内，常用的幅度归一化方法有最大值归一化和单位增益归一化。最大值归一化是将滤波器的幅度响应的最大值设为1，单位增益归一化是将滤波器的幅度响应在通带内保持为1。功率归一化是将滤波器的功率响应缩放到一定范围内，常用的功率归一化方法有峰值功率归一化和单位功率归一化。峰值功率归一化是将滤波器的功率响应的峰值设为1，单位功率归一化是将滤波器的功率响应在通带内保持为1。 FIR滤波器系数归一化的作用是确保滤波器的输出符合设计要求。归一化后的滤波器系数可以使滤波器的幅度响应或功率响应达到设

计目标。例如，对于幅度归一化，可以保证滤波器在通带内的幅度响应为1，从而实现所需的信号增益或衰减；对于功率归一化，可以保证滤波器输出信号的功率满足设计要求，避免信号失真或过载。 FIR滤波器系数归一化还可以提高滤波器的数值稳定性。在滤波器设计中，如果系数的数值过大或过小，会导致滤波器的输出溢出或失真。通过归一化处理，可以将滤波器的系数缩放到合适的范围内，避免数值溢出问题，提高滤波器的稳定性和性能。 在实际应用中，FIR滤波器系数归一化是滤波器设计过程中必不可少的一步。通过合理选择归一化方法和参数，可以得到满足设计要求的滤波器。同时，归一化处理也有助于提高滤波器的稳定性和性能，保证滤波器的正确工作。 FIR滤波器系数归一化是滤波器设计过程中的关键步骤，通过归一化处理可以使滤波器的幅度响应或功率响应满足设计要求，提高滤波器的稳定性和性能。合理选择归一化方法和参数，可以得到满足设计要求的滤波器。

切比雪夫滤波器的设计方法

切比雪夫滤波器的设计方法 切比雪夫滤波器（Chebyshev filter）是一种常用的数字滤波器，它 在频域上具有截止频率附近最小的过渡带宽。此类滤波器被广泛应用于信 号处理和通信领域中。设计切比雪夫滤波器的方法有很多，下面将详细介 绍常见的两种设计方法。 1.确定滤波器的截止频率和通带衰减 首先确定所需滤波器的截止频率和通带衰减要求。通常，通带衰减是 滤波器能够抑制的信号功率的比例。通常都是以分贝（dB）为单位，常见 的衰减要求为20dB或40dB。 2. 将标准Chebyshev滤波器转换为低通滤波器 3.设计原型滤波器传输函数 对于切比雪夫滤波器，工程师可以根据要求选择一阶、二阶或更高阶 的形式。传输函数的形式取决于所需滤波器的截止频率和通带衰减。可以 使用常见的切比雪夫多项式形式，如Butterworth、Chebyshev和 Elliptic型。 4.归一化设计参数 归一化是为了方便后续计算和设计，通常包括将截止频率归一化为单 位频率和将通带衰减归一化为单位减少。 5.根据设计参数计算阶数和滤波器参数 根据归一化设计参数，可以使用公式和表格计算滤波器的阶数和系数。通常，阶数与滤波器的衰减要求成正比。

6.设计实际滤波器 根据计算得到的滤波器阶数和系数，可以设计出实际的滤波器电路。这可能涉及到计算电阻、电容和电感的值，以满足所需的截止频率和通带衰减。 1.选择适当的阶数 切比雪夫滤波器通常有两种类型：I型和II型。且每种类型都有不同的阶数。I型切比雪夫滤波器在通带和阻带之间具有等功率振幅特性，阶数越高，通带和阻带之间的过渡带越陡峭。II型切比雪夫滤波器在通带内具有等功率振幅特性，阶数越高，截止频率附近的干扰越小。 2.计算归一化角频率 根据所需的截止频率和通带衰减，可以计算出归一化的截止频率和通带衰减。 3.计算极点的位置 通过计算归一化角频率和阶数的函数，可以得到切比雪夫滤波器的极点位置。极点是滤波器传输函数的根，通常以复数形式表示。 4.找到对应的元件值 根据极点的位置，可以计算出理论上的元件值。这些元件值可以是电阻和电容的组合，也可以包括电感。 5.优化设计 实际电路设计往往需要进行一些优化。例如，选取最接近的标准元件值，或者根据设计要求微调滤波器参数。

实验三 IIR数字滤波器的设计

实验三 IIR 数字滤波器的设计 一、实验目的 1．理解滤波器参数的意义； 2．掌握脉冲响应不变法和双线性变换法设计IIR 数字滤波器的方法； 3．掌握利用Matlab 设计其它各型IIR 数字滤波器的方法； 4．掌握分析滤波器是否达到性能指标的方法。 二、实验原理 利用脉冲响应不变法，直接根据归一化的巴特沃斯低通模拟滤波器系统函数H (p )得到IIR 数字低通滤波器方法是 ∑∑==--Ω-=-Ω=N k N k p p c k T p s p c k z e A z e T A z H p c k s p c k 111111)(ωλλωλλ (1) p s p T Ω=ω为数字滤波器的通带截止数字频率，A k 为H (p )部分分式分解的系数，p k 为H (p )的单阶极点，T s 为采样间隔，p c c ΩΩ=/λ为归一化3dB 通带频率，p Ω为通带截止频率。 双线性变换法设计IIR 数字滤波器时，模拟频率和数字频率之间不再是线性变换关系，而是非线性变换关系 )2/tan(2ωs T =Ω (2) 双线性变换法设计IIR 巴特沃斯滤波器的步骤如下： （1）将已知的数字频率指标p ω， s ω， p δ及s δ变换为模拟滤波器的频率指标(注意：如不是由归一化模拟低通滤波器用双线性变换法设计IIR 数字滤波器时，常数2/T s 不能省略)： )2/tan(p p ω=Ω，)2/tan(s s ω=Ω 衰减特性指标p δ及s δ不变； （2）再按设计模拟低通滤波器的方法求得归一化模拟滤波器的系统函数H (p )； （3）通过如下的变量代换得到数字滤波器的系统函数H (z ) 11 111)()(--+-Ω==z z s p c s H z H λ (3) 设计其它各型IIR 数字滤波器的理论方法在这里不再给出，读者可参看有关内容。在Matlab 中，设计滤波器的过程很简单，只要加上一些控制字符即可。控制字符省略或为“low ”表示设计低通滤波器，控制字符为“high ”表示设计高通滤波器，控制字符为“band ”表示设计带通滤波器，控制字符为“stop ”表示设计带阻滤波器。

数字滤波器设计步骤

数字信号处理 数字滤波器的设计 学院计算机与电子信息学院 专业电子信息科学与技术班级电子15-2 班 学号 指导教师利民

数字滤波器的设计 一、模拟低通滤波器的设计方法 1、Butterworth 滤波器设计步骤： ⑴.确定阶次N ① 已知Ωc 、Ωs 和As 求Butterworth DF 阶数N ② 已知Ωc 、Ωs 和Ω=Ωp(3dB p Ω≠-)的衰减Ap 求Butterworth DF 阶数N ③ 已知Ωp 、Ωs 和Ω=Ωp 的衰减Ap 和As 求Butterworth DF 阶数N /10 /1022(/)101,(/)101p s A A N N p c s c ΩΩ=-ΩΩ= -则： ⑵.用阶次N 确定 ()a H s

根据公式： 1,2,2N ()()a a H s H s -在左半平面的极点即为()a H s 的极点，因而 2,,N 2、切比雪夫低通滤波器设计步骤： ⑴.确定技术指标p Ω p α s Ω s α 归一化： /1p p p λ=ΩΩ= / s s p λ=ΩΩ ⑵.根据技术指标求出滤波器阶数N 及ε： 0.12 10 1δε=- p δα= ⑶.求出归一化系统函数 其中极点由下式求出：

或者由N 和S 直接查表得()a H p 二、数字低通滤波器的设计步骤： 1、 确定数字低通滤波器的技术指标：通带截止频率p ω、通带最大衰减系数 p α、 阻带截止频率ω、阻带最小衰减系数s α。 2、 将数字低通滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标。 巴特沃斯： 切比雪夫：/s s p λ=ΩΩ 0.12101δε=- p δα= 3、把模拟滤波器变换成数字滤波器，即把模拟滤波器的系数)(S H 映射成数字滤波器的系统函数)(z H 。 实现系统传递函数s 域至z 域映射有脉冲响应不变法和双线性映射两种方法。 （1）脉冲响应不变法。