Biquad Filter
Моделируйте биквадратичные фильтры БИХ (SOS)
- Библиотека:
DSP System Toolbox/Фильтрация/Реализация фильтра
Поддержка/фильтрация HDL-файлов DSP System Toolbox
Описание
Блок Biquad Filter независимо фильтрует каждый канал входного сигнала с помощью заданного биквадратического фильтра с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ). Когда вы задаете коэффициенты фильтра в диалоговом окне, блок реализует статические фильтры с фиксированными коэффициентами. Когда вы предоставляете коэффициенты фильтра через вход порт, можно настроить коэффициенты во время симуляции.
Блок Biquad Filter поддерживает Simulink® функция логгирования состояний. Для получения дополнительной информации см. раздел Состояние (Simulink).
Порты
Вход
Выход
Параметры
Главная вкладка
Coefficient source - Режим работы
Dialog parameters (по умолчанию) | Input port(s) | Filter object
Блок Biquad Filter может работать в трех различных режимах:
Dialog parameters- Введите информацию о фильтре, например структуру и коэффициенты, в маску блока.Input port(s)- Введите информацию о структуре фильтра в маске блока с помощью параметра Filter structure. Коэффициенты фильтра поступают в блок через дополнительные входные порты, которые появляются на значке блока:Num- Задайте коэффициенты числителя.Den- Задайте коэффициенты знаменателя.g- Задайте значения шкалы.
Блок принимает первые коэффициенты знаменателя и каждого раздела равными 1. Это строение применяется, когда
SOSMatrixSourceсвойство'Input port'иScaleValuesInputPortсвойствоtrue. Причина, по которой вам нужно было бы задать Num и Den вместо SOSMatrix, заключается в том, что при операции с фиксированной точкой числители и знаменатели могут иметь различные длины дробей. Поэтому необходимо иметь возможность передавать данные числителя с типом с фиксированной точкой, отличным от типа знаменателя.Filter object- Задайте фильтр используяdsp.BiquadFilterСистемный объект.
Filter - Имя объекта фильтра
BQF (по умолчанию) | dsp.BiquadFilter Системный объект
dsp.BiquadFilter Системный объектУкажите имя фильтра в дискретном времени, который необходимо реализовать блоку. Необходимо задать фильтр как dsp.BiquadFilter Системный объект.
Можно задать Системный объект в маске блока или в MATLAB® переменная рабочей области.
Для получения информации о создании системных объектов см. раздел «Определение основных системных объектов».
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Filter object.
Filter structure - Структура фильтра
Direct form II transposed (по умолчанию) | Direct form I | Direct form I transposed | Direct form II
Задайте структуру фильтра.
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Dialog parameters или Input port(s).
SOS Matrix (Mx6) - матрица SOS
[1 0.3 0.4 1 0.1 0.2] (по умолчанию) | M -by-6 матрица
Задайте M -by-6 матрицу, где M количество разделов в фильтре секции второго порядка. Каждая строка матрицы SOS содержит коэффициенты числителя и знаменателя (bik и aik) соответствующего раздела в фильтре.
Начальные коэффициенты знаменателя [a01 a02... a0N] рассматриваются как 1s, независимо от их фактических значений. Масштабирование не применяется к матрице SOS, когда a0 не 1.
ss2sos и tf2sos функции преобразуют описание пробела или передаточной функции вашего фильтра в описание секции второго порядка, используемое этим блоком.
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Dialog parameters.
Scale values - Масштабные значения
1 (по умолчанию) | скалярный вектор |
Задайте значения шкалы для использования между разделами SOS. Можно задать действительный скаляр или вектор длины M + 1:
Когда вы вводите скаляр, значение задает значение усиления перед первой секцией фильтра второго порядка. Остальная часть значений усиления по умолчанию равна 1.
Когда вы вводите вектор M + 1 значений, каждое значение задает отдельную секцию фильтра. Для примера первый элемент является первым значением усиления, второй элемент является вторым значением усиления и так далее.
Установите флажок Optimize unity scale values, чтобы оптимизировать симуляцию, когда одно или несколько значений шкалы равны 1. Выбор этой опции удаляет коэффициент усиления, так что значения обрабатываются как линии Simulink или провода. В некоторых случаях с фиксированной точкой, когда существуют значения шкалы единиц, выбор этого параметра также опускает определенные приведения. Для получения дополнительной информации см. раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities.
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Dialog parameters.
Initial conditions - Начальные условия
0 (по умолчанию) | скалярный вектор |
Задайте начальные условия состояния фильтра.
Блок Biquad Filter по умолчанию инициализирует состояния внутреннего фильтра до нуля. Опционально используйте параметр Initial conditions, чтобы задать ненулевые начальные состояния для задержек фильтра.
Чтобы определить количество начальных условий, которые вы должны задать и как их задать, смотрите следующую таблицу о действительных начальных условиях.
Действительные начальные условия
| Начальное условие | Описание |
|---|---|
Скаляр | Блок инициализирует все элементы задержки в фильтре до скалярного значения. |
Вектор или матрица | Каждый вектор или элемент матрицы задает уникальное начальное условие для соответствующего элемента задержки в соответствующем канале. M - количество каскадов, а N - количество входных каналов:
|
Зависимости
Этот параметр видим только, когда Coefficient source установлено на Dialog parameters или Input port(s) и значение Filter structure устанавливается равным Direct form II или Direct form II transposed.
Initial conditions on zeros side - Начальные условия на стороне нулей
0 (по умолчанию) | скалярный вектор |
Задайте начальные условия для состояний фильтра на стороне структуры фильтра с нулями (b0, b1, b2,...).
Блок Biquad Filter по умолчанию инициализирует состояния внутреннего фильтра до нуля. Опционально используйте параметр Initial conditions on zeros side, чтобы задать ненулевые начальные состояния для задержек фильтра. Для получения примера см. ex_biquad_filter_ref.
Чтобы определить количество начальных условий, которые вы должны задать и как их задать, смотрите следующую таблицу о действительных начальных условиях.
Действительные начальные условия
| Начальное условие | Описание |
|---|---|
Скаляр | Блок инициализирует все элементы задержки в фильтре до скалярного значения. |
Вектор или матрица | Каждый вектор или элемент матрицы задает уникальное начальное условие для соответствующего элемента задержки в соответствующем канале. Где M - количество каскадов, а N - количество входа каналов:
|
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Dialog parameters или Input port(s) и значение Filter structure устанавливается равным Direct form I или Direct form I transposed.
Initial conditions on poles side - Начальные условия на стороне полюсов
0 (по умолчанию) | скалярный вектор |
Задайте начальные условия для состояний фильтра на стороне структуры фильтра с полюсами (a0, a1, a2,...).
Блок Biquad Filter по умолчанию инициализирует состояния внутреннего фильтра до нуля. Опционально используйте параметр Initial conditions on poles side, чтобы задать ненулевые начальные состояния для задержек фильтра. Для получения примера см. ex_biquad_filter_ref.
Чтобы определить количество начальных условий, которые вы должны задать и как их задать, смотрите следующую таблицу о действительных начальных условиях.
Действительные начальные условия
| Начальное условие | Описание |
|---|---|
Скаляр | Блок инициализирует все элементы задержки в фильтре до скалярного значения. |
Вектор или матрица | Каждый вектор или элемент матрицы задает уникальное начальное условие для соответствующего элемента задержки в соответствующем канале. Где M - количество каскадов, а N - количество входа каналов:
|
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Dialog parameters или Input port(s) и значение Filter structure устанавливается равным Direct form I или Direct form I transposed.
Scale values mode - Режим задания значений шкалы
Specify via input port (g) (по умолчанию) | Assume all are unity and optimize
Выберите, как задать значения шкалы для использования между сечениями фильтра. Когда вы выбираете Specify via input port (g), вы вводите значения шкалы как вектор 2-D в порте g. Когда вы выбираете Assume all are unity and optimizeвсе значения шкалы удаляются и обрабатываются как линии Simulink или провода.
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Input port(s).
Action when the a0 values of the SOS matrix are not one - Действие, когда a0 значений матрицы SOS не едины
Warning (по умолчанию) | None | Error
Задайте действие, которое должен выполнить блок, когда значения a0j матрицы SOS не равны единице. Действие может быть Warning, Error, или None.
Когда вы выбираете Noneначальные коэффициенты a0j обрабатываются как 1-е, независимо от их фактических значений. Масштабирование не применяется к матрице SOS, когда a0 не 1.
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Dialog parameters.
Optimize unity scale values - Оптимизируйте значения шкалы единиц
on (по умолчанию) | off
Установите этот флажок, чтобы оптимизировать симуляцию, когда одно или несколько значений шкалы равны 1. Выбор этой опции удаляет коэффициент усиления, так что значения обрабатываются как линии Simulink или провода. В некоторых случаях с фиксированной точкой, когда существуют значения шкалы единиц, выбор этого параметра также опускает определенные приведения. Для получения дополнительной информации см. раздел Fixed Point в разделе Расширенные возможности.
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Dialog parameters.
Input processing - Вход
Columns as channels (frame based) (по умолчанию) | Elements as channels (sample based)
Укажите, как блок должен обрабатывать вход. Если вход является матрицей M -by N, можно задать этот параметр как:
Columns as channels (frame based)(по умолчанию) - блок обрабатывает каждый столбец как отдельный канал. В этом режиме блок создает M образцов того же фильтра, каждый со своим собственным независимым буфером состояний. Каждый из M фильтров обрабатывает N входных выборок на каждом временном шаге Simulink.Elements as channels (sample based)- Блок обрабатывает каждый элемент как отдельный канал. В этом режиме блок создает M N образцов же фильтра, каждый со своим собственным независимым буфером состояний. Каждый фильтр обрабатывает одну входную выборку на каждом временном шаге Simulink.
View Filter Response - Просмотр фильтра отклика
кнопка
Эта кнопка открывает Инструмент визуализации фильтра (fvtool) и отображает фильтровальную характеристику фильтра, заданную в диалоговом окне.
Примечание
Когда вы вносите изменения в параметры фильтра в диалоговом окне блока, необходимо нажать кнопку Apply перед использованием кнопки View Filter Response.
Вкладка «Типы данных»
Примечание
Эта вкладка появляется только, когда вы задаете Coefficient source Dialog parameters или Input port(s). Когда для Coefficient source задано значение Filter objectтипы данных, заданные в свойствах объекта фильтра, используются блоком.
Rounding mode - Режим округления
Floor (по умолчанию) | Ceiling | Convergent | Nearest | Round | Simplest | Zero
Задайте режим округления для операций с фиксированной точкой.
Для получения дополнительной информации смотрите режим округления. Коэффициенты фильтра не подчиняются этому параметру; вместо этого они всегда округляют до Nearest.
Saturate on integer overflow - Метод действия переполнения
off (по умолчанию) | on
Когда вы выбираете этот параметр, блок насыщает результат своей операции с фиксированной точкой. Когда вы очищаете этот параметр, блок переносит результат своей операции с фиксированной точкой. Для получения дополнительной информации о saturate и wrap, см. Режим переполнения для операций с фиксированной точкой.
Коэффициенты фильтра всегда насыщены и не подчиняются этому параметру.
Section input - Тип входных данных раздела
Same as input (по умолчанию) | Binary point scaling
Выберите, как вы задаете длины слова и дроби типа данных с фиксированной точкой, переходящие в каждый раздел биквадратического фильтра. Смотрите раздел Fixed-Point Conversion в разделе Расширенные возможности (Extended Capabilities) для рисунков с использованием типа входных данных раздела в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as input- Характеристики длины и длины дроби Section input типа данных совпадают с характеристиками входов блока.Binary point scaling- Введите слово и длину дроби входного параметра раздела в битах.
Section output - Тип выходных данных раздела
Same as section input (по умолчанию) | Binary point scaling
Выберите, как вы задаете длины слова и дроби типа данных с фиксированной точкой, выходящих из каждого раздела биквадратического фильтра. См. раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, описывающих использование типа выходных данных раздела в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as section input- Характеристики длины и длины дроби Section output типа данных соответствуют характеристикам входов блока.Binary point scaling- Введите слово и длину дроби выходного раздела в битах.
Multiplicand - Тип данных Multiplicand
Same as output (по умолчанию) | Binary point scaling
Выберите, как вы задаете длины слова и дроби для типа данных multiplicand Direct form I transposed структура фильтра. См. раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, описывающих использование типа данных multiplicand в этом блоке.
Когда вы выбираете:
Same as output- Характеристики длины и длины дроби Multiplicand типа данных соответствуют характеристикам выхода блока.Binary point scaling- Введите размер слова и длину дроби мультипликации, в битах.
Зависимости
Этот параметр видим, только когда параметр Filter structure установлен в Direct form I transposed.
Coefficients - Тип данных коэффициентов
Same word length as input (по умолчанию) | Specify word length | Binary point scaling
Выберите, как вы задаете длины слова и дроби коэффициентов фильтра (числитель, знаменатель и значение шкалы), когда Coefficient source установлено в Dialog parameters. См. раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, описывающих использование типов данных коэффициентов в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same word length as input- Длина слова коэффициентов фильтра соответствует длине входных параметров блока. В этом режиме блок автоматически устанавливает длину дроби коэффициентов в двоичное масштабирование только для точки, которая обеспечивает лучшую точность, учитывая значение и размер слова коэффициентов.Specify word length- Введите размер слова коэффициентов, в битах. В этом режиме блок автоматически устанавливает длину дроби коэффициентов в двоичное масштабирование только для точки, которая обеспечивает лучшую точность, учитывая значение и размер слова коэффициентов.Binary point scaling- Введите размер слова и длину дроби коэффициентов в битах. Если применимо, вводите отдельные длины дробей для коэффициентов числителя и знаменателя.
Коэффициенты фильтра не подчиняются параметрам Rounding mode и Overflow mode; вместо этого они всегда насыщены и округлены до Nearest.
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Coefficient source установлено на Dialog parameters.
Product output - Тип выходных данных продукта
Same as input (по умолчанию) | Inherit via internal rule | Binary point scaling
Задайте, как обозначить выходное слово продукта и длины дробей. Смотрите Типы данных умножения и Fixed-Point Conversion раздел под Extended Capabilities для рисунков с использованием типа данных выходов продукта в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as input- Характеристики выходного слова продукта и длины дроби совпадают с характеристиками входов блока.Inherit via internal rule- Длина выходного слова продукта и длина дроби вычисляются на основе правил полной точности. Эти правила препятствуют квантованию внутри блока. Биты складываются, при необходимости, так, чтобы не происходило округления или переполнения. Для получения дополнительной информации см. раздел Наследование через внутреннее правило.Binary point scaling- Введите размер слова и длину дроби выходного продукта в битах. Если применимо, введите отдельные длины дробей для типа выходных данных числителя и знаменателя продукта.
Accumulator - Тип данных аккумулятора
Same as product output (по умолчанию) | Same as input | Binary point scaling
Задайте, как обозначить слово аккумулятора и длины дробей. См. Типы данных умножения и раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, описывающих использование типа данных аккумулятора в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as input- Характеристики слова и длины дроби аккумулятора совпадают с характеристиками входов блока.Same as product output- Характеристики слова и длины дроби аккумулятора совпадают с характеристиками выходных данных продукта.Binary point scaling- Введите размер слова и длину дроби аккумулятора в битах. Если применимо, введите отдельные длины дробей для типа данных числителя и знаменателя аккумулятора.
States - Тип данных состояния
Same as accumulator (по умолчанию) | Same as input | Binary point scaling
Задайте, как обозначить слово состояния и длины дроби, когда Coefficient source задано значение Dialog parameters. См. раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, описывающих использование типа данных о состоянии в этом блоке.
Когда вы выбираете:
Same as input- Характеристики слова и длины дроби соответствуют характеристикам входов блока.Same as accumulator- Характеристики слова и длины дроби соответствуют характеристикам аккумулятора.Binary point scaling- Введите размер слова и длину дроби состояния в битах. Если применимо, вводите отдельные длины дробей для типа данных числителя и состояния знаменателя.
Зависимости
Этот параметр видим, только когда Filter structure установлено на Direct form II или Direct form II transposed.
Output - Тип выходных данных
Same as accumulator (по умолчанию) | Same as input | Binary point scaling
Выберите способ определения выхода размера слова и длины дроби. См. раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, описывающих использование типа выходных данных в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as input- Выходные характеристики слова и длины дроби совпадают с характеристиками входов блока.Same as accumulator- Выходы слова и длины дроби совпадают с характеристиками аккумулятора.Binary point scaling- Введите размер слова и длину дроби выхода, в битах.
Lock data type settings against changes by the fixed-point tools - Блокируйте настройки типа данных
off (по умолчанию) | on
Выберите этот параметр, чтобы инструменты с фиксированной точкой не переопределяли типы данных, заданные в маске блока.
Примеры моделей
Характеристики блоков
Типы данных |
|
Прямое сквозное соединение |
|
Многомерные сигналы |
|
Сигналы переменного размера |
|
Обнаружение пересечения нулем |
|
Расширенные возможности
Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®
.Генерация HDL-кода
Сгенерируйте Verilog и VHDL код для FPGA и ASIC проектов с использованием HDL- Coder™.
HDL Coder™ предоставляет дополнительные опции строения, которые влияют на реализацию HDL и синтезированную логику.
HDL Coder поддерживает программируемые фильтры для блоков Biquad Filter.
На маске блока фильтра установите Coefficient source равным Input port(s).
Соедините векторные сигналы с
NumиDenпорты коэффициентов.
Следующие ограничения применяются к оптимизации HDL для программируемого блока Biquad Filter:
Полностью последовательные и частично последовательные архитектуры не поддерживаются. Architecture должно быть установлено в
Fully parallel.Оптимизация канонических цифр со знаком (CSD) не поддерживается.
CoeffMultipliersдолжно быть установлено вmultiplier.
HDL Coder поддерживает использование вектора входов для Biquad Filter блоков.
Подключите сигнал вектора к порту Biquad Filter блока входа.
Задайте Input processing следующим
Elements as channels (sample based).Чтобы уменьшить площадь путем совместного использования ядра фильтра между каналами, установите параметр StreamingFactor подсистемы в количество каналов. Смотрите раздел Потоковая оптимизация подсистем для фильтров (HDL Coder).
Чтобы использовать оптимизацию уровня блоков для сокращения аппаратных ресурсов, выберите последовательный Architecture. Затем установите NumMultipliers или Folding Factor. См. Раздел Свойств HDL-фильтра»
Когда вы выбираете последовательную архитектуру, задайте Filter structure Direct form I или Direct form II. Транспонированные структуры прямой формы не поддерживаются последовательными архитектурами.
При использовании AddPipelineRegisters регистры размещаются на основе структуры фильтра. Размещение регистра трубопровода определяет задержку.
| Структура фильтра | Размещение регистров трубопроводов | Задержка (тактовые частоты) |
|---|---|---|
| Любой | Регистры трубопроводов складываются между секциями фильтра. | NS-1, где NS - количество разделов. |
Этот блок может участвовать в оптимизации уровня подсистемы, такой как совместное использование, потоковая передача и конвейеризация. Чтобы блок участвовал в оптимизации уровня подсистемы, установите Architecture равным Fully parallel. См. Раздел «Оптимизация подсистем для фильтров» (HDL Coder).
| AddPipelineRegisters | Вставьте регистр трубопровода между этапами расчета в фильтр. См. также AddPipelineRegisters (HDL Coder). |
| CoeffMultipliers | Задайте использование оптимизации canonical signed digit (CSD), чтобы уменьшить площадь фильтра путем замены множителей коэффициентов логикой shift-and-add. Когда вы выбираете полностью параллельную реализацию фильтра, можно задать CoeffMultipliers равным |
| FoldingFactor | Задайте последовательную реализацию БИХ SOS по количеству циклов, которые требуются для генерации результата. См. также FoldingFactor (HDL Coder). |
| NumMultipliers | Задайте последовательную реализацию БИХ SOS-фильтра на количество сгенерированного оборудования умножителей. См. также NumMultipliers (HDL Coder). |
Для получения дополнительной информации о свойствах HDL-фильтра смотрите HDL Filter Block Properties (HDL Coder).
| ConstrainedOutputPipeline | Количество регистров для размещения на выходах путем перемещения существующих задержек в рамках вашего проекта. Распределённая конвейеризация не перераспределяет эти регистры. Значение по умолчанию является |
| InputPipeline | Количество входных этапов конвейера для вставки в сгенерированный код. Распределённая конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут перемещать эти регистры. Значение по умолчанию является |
| OutputPipeline | Количество выходных этапов конвейера для вставки в сгенерированный код. Распределённая конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут перемещать эти регистры. Значение по умолчанию является |
Система координат входа не поддерживается для генерации HDL-кода.
Вы должны задать Initial conditions значение
0. Генерация HDL-кода не поддерживается для ненулевых начальных состояний.Необходимо выбрать Optimize unity scale values.
Вы не можете сгенерировать HDL для этого блока внутри Resettable Synchronous Subsystem (HDL Coder).
Преобразование с фиксированной точкой
Разрабатывайте и моделируйте системы с фиксированной точкой с помощью Fixed-Point Designer™.
Если вход является фиксированной точкой, он должен быть подписанным целым числом или подписанной фиксированной точкой с степенью двойки и нулевым смещением.
На схемах в следующих разделах показаны структуры фильтра, поддерживаемые блоком Biquad Filter. Они также показывают типы данных, используемые в структурах фильтра для сигналов с фиксированной точкой. Типы данных, показанные на этих схемах, можно задать в диалоговом окне блока.
Следующая схема показывает типы данных для одного раздела фильтра для сигналов с фиксированной точкой.
Следующие схемы показывают типы данных с фиксированной точкой между секциями фильтра.
Когда данные не оптимизированы:
Когда вы выбираете Optimize unity scale values и масштабные значения равны 1:
Следующая схема показывает типы данных для одного раздела фильтра для сигналов с фиксированной точкой.
Штриховые отливки опускаются, когда Optimize unity scale values выбран, и значения шкалы равны единице.
Следующие схемы показывают типы данных с фиксированной точкой между секциями фильтра.
Когда данные не оптимизированы:
Когда вы выбираете Optimize unity scale values и масштабные значения равны 1:
Следующая схема показывает типы данных для одного раздела фильтра для сигналов с фиксированной точкой.
Штриховые отливки опускаются, когда Optimize unity scale values выбран, и значения шкалы равны единице.
Следующие схемы показывают типы данных с фиксированной точкой между секциями фильтра.
Когда данные не оптимизированы:
Когда вы выбираете Optimize unity scale values и масштабные значения равны 1:
Следующая схема показывает типы данных для одного раздела фильтра для сигналов с фиксированной точкой.
Следующие схемы показывают типы данных с фиксированной точкой между секциями фильтра.
Когда данные не оптимизированы:
Когда вы выбираете Optimize unity scale values и масштабные значения равны 1:
