CIC滤波器
工业设备
数字信号处理中,CIC滤波器是FIR滤波器中最优的一种,其使用了积分,梳状滤波器级联的方式。
定义
CIC滤波器的发明者是 Eugene B. Hogenauer,这是一类使用在不同频率的数字信号处理中的滤波器,在内插和抽取中使用广泛。与大多数FIR滤波器不同的是,它有一个内插或者抽取的结构。
对于CIC滤波器的传递函数的表达式表示:
用matlab中fdatool工具,进行CIC滤波器设计得到的响应曲线,以及相应的参数:
其中R表示升采样或降采样的倍数,
M表示每个微分环节延迟的个数,通常为1,有时是2。
N表示积分/梳状器的个数。
性质
平滑作用
CIC滤波器是滑动平均滤波器的一种有效实现。考虑滑动平均滤波器的一般实现形式,将新的x[n]加到y[n-1]上,并减去上一时间的采样相加之和。
上图(CIC滤波器)中的第二个等式与梳状(c[n]=x[n]-x[n-RM])后接积分器(y[n]=y[n-1]+c[n])对应。常见的CIC滤波器都是将N个相同的梳状和积分器级联,并重新排列顺序,梳状和积分器各自放到一起,再排出先后顺序即可。可以这样重新排列是因为两种结构都是线性时不变的。
由于中间过程的累加,所以使用的数据位长可能需要延长,延长的位数满足使可能出现的最大位长也不溢出。使用位长的计算公式如下:L=l+N*log2(RM)。以输入位长为1为例,M=1,降采样倍数R为16,积分器级数N=3,则应该至少使用1+3*log2(16)=13位的数据,以避免溢出。
相似产品比较
CIC滤波器被应用在变频过程处理中,FIR滤波器有着多种应用,可以应用在不同采样频率的升采样,降采样中。CIC滤波器有着低通滤波器的特性,其他的FIR可以呈现低通,高通,带通等多种特性。和大多数FIR不同的是,CIC的实现只需要用到加减,不需要用到乘法。CIC滤波器会有特定频率的衰减,其他的FIR滤波器可以在任意频率衰减。
CIC滤波器比大多数FIR滤波器更加经济,但也有其不足。在需要少量升/降采样的场合中,FIR滤波器有其优点,但是如果采样频率的变化较大(如10倍以上),实现一个抗混叠的滤波器需要很高的代价,此时CIC 便体现出其优越性。而且如果升/降采样的倍数发生变化,在数据位长足够的前提下,仅仅改变升/降采样环节的倍数即可。
FIR滤波器可以使用定点/浮点数,CIC滤波器只能使用定点数,因为作为递归实现的结构,非常依赖梳状和积分器的零极点相消。CIC滤波器所能提供的滤波器响应形状非常有限。通过增加极点,可以得到更多的阻带。但是这样做也会导致梳状器和积分器中数据位长的增加。由于CIC滤波器的设计自由度低,实际中很少单独使用,如果后接一个FIR或IIR校正相位,就会实用得多。
参考资料
最新修订时间:2023-08-01 14:13
目录
概述
定义
性质
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