Αναλογικά φίλτρα. Για να επιτύχουµε µια επιθυµητή απόκριση χρειαζόµαστε σηµαντικά λιγότερους συντελεστές γιαένα IIR φίλτροσεσχέσηµετοαντίστοιχο FIR.



Σχετικά έγγραφα
Αναλογικά φίλτρα. Τα IIR φίλτρα μπορούν εύκολα να σχεδιασθούν αρχίζοντας από ένα αναλογικό φίλτρο και

Αναλογικά φίλτρα. Για να επιτύχουµε µια επιθυµητή απόκριση χρειαζόµαστε σηµαντικά λιγότερους συντελεστές γιαένα IIR φίλτροσεσχέσηµετοαντίστοιχο FIR.

Μετασχηµατισµός αναλογικών φίλτρων σε ψηφιακά

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Μετασχηματισμός αναλογικών φίλτρων σε ψηφιακά

3-Απρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης άπειρου παλμού (IIR)

Αντίστροφος Μετασχηματισμός Ζ. Υλοποίηση συστημάτων Διακριτού Χρόνου. Σχεδίαση φίλτρων

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΦΙΛΤΡΑ

Σχεδιασµός IIR φίλτρων

Διάλεξη 10. Σχεδιασμός Φίλτρων. Κεφ Φίλτρο Διαφοροποιεί το φάσμα ενός σήματος Π.χ. αφήνει να περάσουν ή σταματά κάποιες συχνότητες

ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟ ΟΥ ΙΟΥΝΙΟΥ 2004., η οποία όµως µπορεί να γραφεί µε την παρακάτω µορφή: 1 e

Α. ΣΚΟΔΡΑΣ ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 6 ΔΙΑΦΑΝΕΙΑ 1

Θέματα Εξετάσεων Ιουνίου 2003 στο μάθημα Σήματα και Συστήματα και Λύσεις

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 5

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

Σχεδιασµός IIR φίλτρων - Λύσεις των Ασκήσεων

1) Να σχεδιαστούν στο matlab οι γραφικές παραστάσεις των παρακάτω ακολουθιών στο διάστημα, χρησιμοποιώντας τις συναρτήσεις delta και step.

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

x(t) = 4 cos(2π600t π/3) + 2 sin(2π900t + π/4) + sin(2π1200t) (1) w(t) = y(t)z(t) = 2δ(t + 1) (2) (2 sin(2π900t + π/4) t= 1 + sin(2π1200t) )

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 17: Φίλτρα (II)

Απόκριση Γραμμικών Συστημάτων σε Εκθετικές Εισόδους

Ολοκληρωµένο Περιβάλλον Σχεδιασµού Και Επίδειξης Φίλτρων

Kεφάλαιο 7 Σχεδιασμός IIR Φίλτρων

Σχεδιασµός IIR Φίλτρων Φίλτρα «άπειρης» κρουστικής απόκρισης IIR - Infinite impulse response filters

Σχεδιασμός Φίλτρων. Κυριακίδης Ιωάννης 2011

Μετασχηµατισµός αναλογικών φίλτρων σε ψηφιακά

Διάρκεια εξέτασης 2 ώρες

Παρατηρήσεις για το µετασχηµατισµό Laplace

Filter Design - Part I. Νοέµβριος 2005 ΨΕΣ 1

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

ΘΕΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ (ΚΙΙΙ)

Σχήµα 1: Χρήση ψηφιακών φίλτρων για επεξεργασία σηµάτων συνεχούς χρόνου

Άσκηση: Ένα σύστηµα µε είσοδο u(t), έξοδο y(t) και διάνυσµα κατάστασης x(t) = (x 1 (t) x 2 (t)) T περιγράφεται από το ακόλουθο διάγραµµα:

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

20-Μαρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού (FIR)

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Μετασχηµατισµός Laplace. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Ο Μετασχηματισμός Ζ. Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

Τ.Ε.Ι. Λαμίας Τμήμα Ηλεκτρονικής

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13

ΑΣΚΗΣΗ 6 Σχεδίαση FIR και IIR φίλτρων στο Matlab

ΦΙΛΤΡΑ ΜΕ ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

Σχήμα Χαμηλοδιαβατά φίλτρα:

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΤΕΥΧΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

10-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα

Α. Αιτιολογήστε αν είναι γραμμικά ή όχι και χρονικά αμετάβλητα ή όχι.

Συνεπώς, η συνάρτηση µεταφοράς δεν µπορεί να οριστεί για z=0 ενώ µηδενίζεται όταν z=1. Εύκολα προκύπτει το διάγραµµα πόλων-µηδενικών ως εξής:

Τι είναι σήμα; Παραδείγματα: Σήμα ομιλίας. Σήμα εικόνας. Σεισμικά σήματα. Ιατρικά σήματα

stopband Passband stopband H L H ( e h L (n) = 1 π = 1 h L (n) = sin ω cn

(s) V Ιn. ΘΕΜΑ 1 1. Υπολογίστε την συνάρτηση µεταφοράς τάσης του. του κυκλώµατος και χαρακτηρίστε το.

Τι είναι σήµα; Ωςσήµαορίζεταιέναφυσικόµέγεθοςτοοποίοµεταβάλλεταισεσχέσηµετοχρόνοή το χώρο ή µε οποιαδήποτε άλλη ανεξάρτητη µεταβλητή ή µεταβλητές.

Ανάλυση ΓΧΑ Συστημάτων

ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

Υπολογίζουμε εύκολα τον αντίστροφο Μετασχηματισμό Fourier μιας συνάρτησης χωρίς να καταφεύγουμε στην εξίσωση ανάλυσης.

Παρουσίαση του μαθήματος

Μετασχηµατισµός Ζ (z-tranform)

Σχεδίαση Ενεργών-RC Φίλτρων (Μέρος Ι) (Σύνθεση της συνάρτησης µεταφοράς)

Ευστάθεια Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου: Αλγεβρικά κριτήρια

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 5γ. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

24-Μαρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού (FIR)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 14 ΚΑΤΩ ΙΑΒΑΤΑ ΦΙΛΤΡΑ BESSEL-THOMSON

ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ Σεπτέµβριος 2006

6. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-215: Εφαρµοσµένα Μαθηµατικά για Μηχανικούς ιδάσκοντες : Γ. Στυλιανού, Γ.

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 11: Μετασχηματισμός Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. στο χώρο της συχνότητας

Τι είναι σήµα; Σεραφείµ Καραµπογιάς

Προηγµένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

Ο μετασχηματισμός z αντιστοιχεί στην ακολουθία συνάρτηση: Xz ()

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

Σχεδιασµός ΙIR Φίλτρων

Ζητείται να εξεταστεί η ευστάθειά του κατά BIBO. Η κρουστική απόκριση του συστήματος είναι L : =

ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙ ΤΩΝ ΠΟΛΩΝ ΤΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΕΞΟΔΟΥ Y(s) ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΝΩΡΙΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΧΡΟΝΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΕ ΕΙΣΟΔΟ ΜΟΝΑΔΙΑΙΑΣ ΒΑΘΜΙΔΑΣ

Ψηφιακά Φίλτρα. Αναλογικά και ψηφιακά φίλτρα 20/5/ /5/2005 2

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-370: Ψηφιακή Επεξεργασία Σήµατος Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ιδάσκοντες : Γ. Στυλιανού - Γ.

ΦΙΛΤΡΑ. Κατηγορίες Φίλτρων

Ανάλυση Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου: Αρµονική Απόκριση & ιαγράµµατα Bode

Ζητείται να µελετηθεί το εν λόγω σύστηµα µε είσοδο βηµατική συνάρτηση δηλαδή () =(). (3)

Ευστάθεια συστημάτων

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Σ-Λ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟY. 0, τότε είναι και παραγωγίσιμη στο σημείο αυτό.

Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµάτων. ηµήτριος Βαρσάµης Καθηγητής Εφαρµογών

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ Κυκλική Συνέλιξη. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Κεφάλαιο 5 Μετασχηματισμός z και Συνάρτηση μεταφοράς

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Σύνθεση και Σχεδίαση Παθητικών Φίλτρων LC

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

Σχεδίαση Ηλεκτρονικών Κυκλωμάτων RF

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

(είσοδος) (έξοδος) καθώς το τείνει στο.

Transcript:

Τα IIR φίλτρα είναι επαναληπτικά ή αναδροµικά, µε την έννοια ότι δείγµατα της εξόδου χρησιµοποιούνται από το σύστηµα για τον υπολογισµό τν νέν τιµών της εξόδου σε επόµενες χρονικές στιγµές. Για να επιτύχουµε µια επιθυµητή απόκριση χρειαζόµαστε σηµαντικά λιγότερους συντελεστές γιαένα IIR φίλτροσεσχέσηµετοαντίστοιχο FIR. Τα IIR φίλτρα είναι ασταθή, αν οι πόλοι της συνάρτησης µεταφοράς βρίσκονται εκτός του µοναδιαίου κύκλου. Τα IIR δεν έχουν γραµµική απόκριση φάσης στη ζώνη διέλευσης, όπς τα µη επαναληπτικά FIR φίλτρα µε συµµετρική ή αντισυµµετρική κρουστική απόκριση. Τα IIR φίλτρα µπορούν εύκολα να σχεδιασθούν αρχίζοντας από ένα αναλογικό φίλτρο και κατόπιν χρησιµοποιώντας κατάλληλη απεικόνιση του επιπέδου- στο επίπεδο-z. Αρχικά προσδιορίζεται η και στη συνέχεια στο z, έτσι ώστε τα επιθυµητά χαρακτηριστικά του αναλογικού φίλτρου να διατηρούνται κατά τον καλύτερο δυνατό τρόπο

W Ζώνη αποκοπής Ζώνη διέλευσης Ιδανικό βαθυπερατό φίλτρο µεεύρος-ζώνης W Ζώνη αποκοπής Η γραφική παράσταση της απόκρισης ισχύος σε συνάρτηση µε τη κυκλική συχνότητα. log Ζώνη αποκοπής Μεταβατική ζώνη Ζώνη διέλευσης Μεταβατική ζώνη Πραγµατικό βαθυπερατό φίλτρο Ζώνη αποκοπής db db Η γραφική παράσταση της απόκρισης ισχύος σε db σε συνάρτηση µε τη κυκλική συχνότητα. -

Χαρακτηριστικά χαµηλοπερατού αναλογικού φίλτρου j +ε Zώνη µετάβασης Ζώνη διέλευσης Ζώνη αποκοπής A Κανονικοποιηµένη απόκριση ισχύος ενός αναλογικού φίλτρου βασικής ζώνης. ε παράµετρος ταλαντώσεν ζώνης διέλευσης bnd rile rmeter συχνότητααποκοπήςζώνηςδιέλευσης bnd uto requeny Α παράµετρος εξασθένησης ζώνης αποκοπής tobnd ttenution rmeter συχνότητααποκοπήςζώνηςαποκοπής tobnd uto requeny -3

δ + δ Ω + δ δ δ δ + δ Ζώνη διέλευσης Ω P Ζώνη µετάβασης Ω S Ζώνη αποκοπής π Ω j +ε A Ζώνη διέλευσης Zώνη µετάβασης Ζώνη αποκοπής Απόλυτη απόκριση ισχύος ενός ψηφιακού φίλτρου βασικής ζώνης. Κανονικοποιηµένη απόκριση ισχύος ενός αναλογικού φίλτρου βασικής ζώνης. Deibel R P A S Ω P Ω S π Σχετική απόκριση ισχύος ενός ψηφιακού φίλτρου βασικής ζώνης. Ω Η απόκριση συχνότητας του αναλογικού φίλτρου ικανοποιεί τις j A j + ε,, -4

Σχέσεις µεταξύ τν παραµέτρν του αναλογικού φίλτρου στην + ε j στην A j ΟιπαράµετροιεκαιΑσχετίζονταιµετις R και A αντίστοιχαστηνκλίµακα db µετις R R log ε + ε A A log A A Οιταλαντώσειςδ καιδ σχετίζονταιµετιςεκαιααντίστοιχαµετις δ + δ + δ + δ δ ε A ε δ + δ A δ -5

Ιδιότητεςτου Η α j Από τη συνάρτηση µεταφοράς ενός αναλογικού συστήµατος προσδιορίζεται η απόκριση συχνότητας του συστήµατος αν περιέχεται ο φανταστικός άξονας στο πεδίο σύγκλισης ς j j j j j j j j έχουµε για το τετράγνο του µέτρου της απόκρισης συχνότητας j j ήισοδύναµα Σεραφείµ Καραµπογιάς -6

j z Παράδειγµα πόλν και µηδενικών της σ Παρατηρούµε ότι οι πόλοι και τα µηδενικά είναι τοποθετηµένα συµµετρικά ς προς το φανταστικό άξονα. Για πραγµατικά φίλτρα οι πόλοι και τα µηδενικά είναι συζυγή, δηλαδή, παρουσιάζουν συµµετρία ς προς τον πραγµατικό άξονα. Αν θέλουµε το αναλογικό φίλτρο να είναι αιτιατό και ευσταθές θα πρέπει οι πόλοι να βρίσκονταιστοαριστερόηµιεπίπεδο. Έτσιδίνουµεόλουςτουςπόλους της - πουβρίσκονταιστοαριστερόηµιεπίπεδοστην Αντίθεταταµηδενικάτης µπορούνναβρίσκονταιοπουδήποτεστοµιγαδικόεπίπεδο. Επιλέγουµεταµηδενικάτης - πουβρίσκονταιστοφανταστικόάξοναςµηδενικά της, καιέτσιτοφίλτροείναιφίλτροελάχιστηςφάσης. -7

j Χαµηλοπερατό Φίλτρο Butterworth, N Η απόκριση ισχύος του φίλτρου είναι,5 N N N j + N Για τη συνάρτηση µεταφοράς του συστήµατος ισχύουν j j j j N N + + j N N Οιρίζεςτουπολυνύµουτουπαρονοµαστή ήοιπόλοιτης - είναι k N j e j π N k+ N+, k,,, N -8

k Οι θέσεις τν πόλν στο µιγαδικό επίπεδο j σ j N N k σ ιαγράµµαταπόλνφίλτρν Btterworth η και η τάξης j j N 3 N 4 σ σ ιαγράµµαταπόλνφίλτρν Btterworth 3 η και 4 η τάξης -9

Έναευσταθέςκαιαιτιατόφίλτρο µπορείναοριστείανεπιλέξουµετουςπόλουςπου βρίσκονται στο αριστερό ηµιεπίπεδο του µιγαδικού ηµιεπιπέδου, δηλαδή, N k πόλοι στο αριστερό ηµιεπίπεδο Η συνάρτηση µεταφοράς τν πρτότυπν φίλτρν Butterworth βασικής ζώνης πρώτης και δεύτερης τάξης είναι αντίστοιχα j Σεραφείµ Καραµπογιάς σ + j σ + j j + + + + + + -

Παράδειγµα Να υπολογιστεί η τάξη ενός χαµηλοπερατού φίλτρου Butterworth το οποίο παρουσιάζει εξασθένιση db στο Kz και 4 db στο 5 Kz Λύση: Για την παράµετρο ταλάντσης ε στη ζώνη διέλευσης έχουµε log db ε,589 + ε Για την παράµετρο εξασθένησης Α στη ζώνη αποκοπής έχουµε log A 4 4dB A R log +ε j A log A Γιατιςσυχνότητες και έχουµε rd Kz π π e rd 5Kz π π e R P A S +ε A -

j +ε A από τις οποίες έχουµε Γιατηναπόκρισηισχύοςστησυχνότητα έχουµε N j N + + ε Γιατηναπόκρισηισχύοςστησυχνότητα έχουµε j N + A N ε A - N A - ε N log log A ε 3,8 η τιµή στρογγυλεύεται στον αµέσς µεγαλύτερο ακέραιο. Έτσι η τάξη είναι Ν 4. Η τιµή γιατην τάξη του φίλτρου εκφράζεταιµετηβοήθειατουλόγουµετάβασης k. και του παράγοντα διακριτότητας k N A ε log log ς k k -

Παράδειγµα Ναπροσδιοριστείησυνάρτησηµεταφοράς,, τουαναλογικούφίλτρουπουέχει j 6 Λύση: + 64 Παρατηρούµε j N 3και 6 3 + 64 +,5 3,5 j,5 Οι πόλοι της,433 4 5 σ έτσι η συνάρτηση µεταφοράς είναι 3 3 4 8 +,5 j,433 +,5 +,5 + +,5,5 +,5 +,5 Στο ΜATLAB υπάρχει η συνάρτηση [z,,k] butt N η οποία σχεδιάζει ένα πρτότυπο δηλαδή αναλογικόφίλτρο Butterworth τάξης Nκαιεπιστρέφειταµηδενικάστοδιάνυσµα zτουςπόλους στο και την τιµή κέρδους στο k. Η συνάρτηση u_butt που ακολουθεί σχεδιάζει ένα µη κανονικοποιηµένο αναλογικό φίλτρο Butterworth σε άµεση µορφή. Σεραφείµ Καραµπογιάς,5 j,433-3

untion [b,] u_buttn,omeg; % b Συντελεστές του πολυνύµου του αριθµητή της % Συντελεστές του πολυνύµου του παρονοµαστή της % N Τάξη του φίλτρου Butterworth % Omeg Συχνότητα αποκοπής σε rdin/e [z,,k] buttn; *Omeg; k k*omeg^n; B relolyz; b k; b k*b; reloly; [b,] u_butt3,.5 b.5...5.5 3 +,5 +,5 +,5-4

Από τα χαρακτηριστικά του αναλογικού χαµηλοπερατού φίλτρου, R, και A θα προσδιοριστούν η τάξη N και η συχνότητα αποκοπής της ζώνης διέλευσης φίλτρου Butterworth για, log j R log N + R για, log j A log N + A Λύνοντας τις δύο παραπάν εξισώσεις έχουµε N R N log R [ log A / ] N A -5

Παράδειγµα Να σχεδιαστεί ένα χαµηλοπερατό φίλτρο Butterworth µε χαρακτηριστικά Σεραφείµ Καραµπογιάς Λύση:,π, R 7dB,,3π και A 6dB N log [ log,6 / ],π,3π,7,79 3,π,3π,4985, 5 6, 7 6, 6 επιλέγουµε,5, έτσικαταλήγουµεστοφίλτροτουπροηγούµενουπαραδείγµατος j +,5,5 +,5 +,5 Η συνάρτηση d_butt που ακολουθεί σχεδιάζει ένα µη κανονικοποιηµένο αναλογικό φίλτρο Butterworth σε άµεση µορφή από τα χαρακτηριστικά του. -6

untion [b,] d_buttw,w,r,a % b Οι συντελεστές του αριθµητή της % Οι συντελεστές του παρονοµαστή της % w Συχνότητα άκρης της ζώνης διέλευσης σε rd/e; w > % w Συχνότηταακρήςτηςζώνηςαποκοπήςσε rd/e; w > w > % R Ταλαντώσειςτηςζώνηςδιέλευσηςσε +db; R > % A Εξασθένισητηςζώνηςαποκοπήςσε +db; A > i w < error'η συχνότητα άκρης της ζώνης διέλευσης πρέπει να είναι > ' end i w < w error'η άκρη της ζώνης αποκοπής πρέπει να είναι > της συχνότητας άκρης της ζώνης διέλευσης ' end i R < A < error'pb ταλάντση και/ή SB εξασθένηση πρέπει να είναι > ' end N eillog^r/-/^a/-/*logw/w; rint'\n*** Butterworth Filter Order %. \n',n OmegC w/^r/-^/*n; [b,]u_buttn,omegc; -7

Η συνάρτηση req_m που ακολουθεί προσδιορίζει τα χαρακτηριστικά ενός φίλτρου Butterworth. untion [db,mg,h,w] req_mb,,wmx; % db Το µέτρο σε db στο διάστηµα [ ές wmx] % mg Το µέτρο στο διάστηµα [ ές wmx] % h Η απόκριση φάσης σε rdin στο διάστηµα [ ές wmx] % w διάνυσµα από 5 δείγµατα συχνότητας στο διάστηµα [ ές wmx] % b Οι συντελεστές του αριθµητή της % Οι συντελεστές του παροµανοµαστή της % wmx Μέγιστη συχνότητα σε rd/e του διαστήµατος ενδιαφέροντος % w [::5]*wmx/5; reqb,,w; mg b; db *logmg+e/mxmg; h ngle; -8

Παράδειγµα Να σχεδιαστεί ένα χαµηλοπερατό φίλτρο Butterworth µε χαρακτηριστικά,π, R 7dB,,3π και A 6 db w.*i; w.3*i; R 7; A 6; Rile ^ -R/; Attn ^ -A/; % Σχεδιάση αναλογικού φίλτρου [b,] d_buttw,w,r,a; % Υπολογισµός της απόκρισης συχνότητας: [db,mg,h,w] req_mb,,.5*i; % Υπολογισµός της κρουστικής απόκρισης: [h,x,t] imuleb,; % Plot -9

Χαµηλοπερατό Φίλτρο Chebyhev j + ε TN όπουνείναιητάξητουφίλτρου, εείναιοπαράγονταςταλάντσηςστηζώνηδιέλευσηςκαι Τ Ν x τοπολυώνυµο ChebyhevΝ-τάξηςτοοποίοδίνεταιαπότη T o oh N o x, N oh x N x, x < x< όπου Το πολυώνυµο T N x µεταξύ < x < ταλαντώνεται µεταξύ του και έτσι το φίλτρο παρουσιάζει ταλαντώσεις ίσου πλάτους στη ζώνη διέλευσης. Επίσης για < x < ελαττώνεται µονότονα στο µηδέν. x Σεραφείµ Καραµπογιάς j +ε Nπεριττός j +ε N άρτιος A r A r -

Γιαναπροσδιορίσουµεένααιτιατόκαιευσταθέςφίλτρο πρέπειναβρούµετουςπόλους του καιναεπιλέξουµετουςπόλουςπουβρίσκονταιστοαριστερόηµιεπίπεδογια το. Οιπόλοιτου είναιοιρίζεςτου + ε T N Αν k σ k + jk, k,,, N είναι οι πόλοι στο αριστερό ηµιεπίπεδο του παρα-πάν πολυνύµου τότε όπου σ o π k+ π [ + ] k N in π k+ π [ + ] k b N j N N N N α / α b α + / α k,,, N α + ε + και ε -

Οι πόλοι του φίλτρου βρίσκονται σε έλλειψη µε κύριο άξονα και bδευτερεύοντα άξονα Im π 3 b Ηθέσητνπόλνγιαέναφίλτρο Chebyhevτρίτηςτάξης Ie Η συνάρτηση µεταφοράς του συστήµατος είναι K όπου Κ είναι ο παράγοντας κανονικοποίησης που επιλέγεται έτσι ώστε j, k, N + ε k N περιττɺ ος Στο ΜATLAB υπάρχει η συνάρτηση ɺ αρτιος [ z,, k ] heb N, R η οποία σχεδιάζει ένα κανονικοποιηµένο αναλογικό φίλτρο Chebyhev τάξης N µε ταλάντση ζώνης διέλευσης R και επιστρέφει τα µηδενικά στο διάνυσµα z τους πόλους στο και την τιµή κέρδους στο k. Η συνάρτηση u_hbl που ακολουθεί σχεδιάζει ένα µη κανονικοποιηµένο αναλογικό φίλτρο Chebyhev σε άµεση µορφή. -

untion [b,] u_hbn,r,omeg; % b Συντελεστές του πολυνύµου του αριθµητή % Συντελεστές του πολυνύµου του παρονοµαστή % N Τάξητουφίλτρου % R Ταλάντσηστηζώνηδιέλευσηςσε db; R > % Omeg Συχνότητα αποκοπής σε rdin/e % [z,,k] hebn,r; reloly; Nn N+; *Omeg; reloly; Nu N+; k k*nu/nn; b k; B relolyz; b k*b; -3

Παράδειγµα Σεραφείµ Καραµπογιάς Να σχεδιαστεί ένα χαµηλοπερατό FIR φίλτρο διακριτού χρόνου µε χαρακτηριστικά Λύση, π, 3π R db A 6 db R A 6 ε,588 A 6, 396, π καιητάξητουφίλτρουείναι g A / ε r,49 α,3π,π N log log ε + + ε g+ r + 4,7 g r N 4 b Nα / α, 3646 Nα + / α, 644 N N -4

Υπάρχουν 4 πόλοι Σεραφείµ Καραµπογιάς εποµένς π π π [ ] [ + 8 ± b in + ],877, 679 π [ ] [ π π 3 + ± b in + ],7, 559 π,3 ± j o 8 π, ± j o 8 8,895,3,3895,389 K k k +,754 +,3895 +,434 +,3 Ο αριθµητής είναι τέτοιος ώστε j + ε,895-5

untion [b,] d_hbw,w,r,a; % b Οι συντελεστές του αριθµητή της % Οι συντελεστές του παροµανοµαστή της % w Συχνότητα άκρης της ζώνης διέλευσης σε rd/e; w > % w Συχνότηταακρήςτηςζώνηςαποκοπήςσε rd/e; w > w > % R Ταλαντώσειςτηςζώνηςδιέλευσηςσε +db; R > % A Εξασθένισητηςζώνηςαποκοπήςσε +db; A > i w < error'η συχνότητα άκρης της ζώνης διέλευσης πρέπει να είναι > ' end i w < w error'η άκρη της ζώνης αποκοπής πρέπει να είναι > της συχνότητας άκρης της ζώνης διέλευσης ' end i R < A < error'pb ταλάντση και/ή SB εξασθένηση πρέπει να είναι > ' end e qrt^r/-; A ^A/; OmegC w; OmegR w/w; g qrta*a-/e; N eillogg+qrtg*g-/logomegr+qrtomegr*omegr-; [b,]u_hbn,r,omegc; -6

Μετατροπή φίλτρου βασικής ζώνης σε φίλτρο διέλευσης ζώνης συχνοτήτν Γιατηµετατροπήενόςαναλογικούφίλτρουβασικήςζώνηςµεσυχνότητα στοόριοτης ζώνηςδιέλευσης, σεφίλτροζώνηςδιέλευσηςµεσυχνότητες l και u στοκατώτεροκα ανώτερο όριο της ζώνης διέλευσης αντίστοιχα, εκτελούµε το µετασχηµατισµό BP + u l u l Παρατηρούµε ότι η τάξη του φίλτρου διέλευσης ζώνης συχνοτήτν που προκύπτει είναι διπλάσια της τάξης του αρχικού φίλτρου βασικής ζώνης. Εφαρµογή Να µετατραπεί το πρώτης τάξης φίλτρο Butterworth βασικής ζώνης µε συνάρτηση µεταφοράς / +, όπου π rd/e, σεένααναλογικόφίλτροδιέλευσης ζώνης συχνοτήτνµεσυχνότητεςσταόριατηςζώνηςδιέλευσης l π rd / e και u 3π rd / e. -7

Μετατροπή φίλτρου βασικής ζώνης σε φίλτρο διέλευσης υψηλών συχνοτήτν Γιατηµετατροπήενόςαναλογικούφίλτρουβασικήςζώνηςµεσυχνότητα στοόριοτης ζώνηςδιέλευσης, σεφίλτροδιέλευσηςυψηλώνσυχνοτήτνµεσυχνότητα l στοόριοτης ζώνης διέλευσης αντίστοιχα, εκτελούµε το µετασχηµατισµό P l Μετατροπή φίλτρου βασικής ζώνης σε φίλτρο διαφορετικής βασικής ζώνης Γιαναµετατρέψουµεένααναλογικόφίλτροβασικήςζώνηςµεσυχνότητααποκοπής,σε ένα άλλο φίλτρο βασικής ζώνης µε συχνότητα αποκοπής, εκτελούµε το µετασχηµατισµό P -8

in t t out t t 4 6 S in S out 4 4 log 5 4 6 5 4 6 4 6-9

in t t out t t 4 6 S in S out 4 4 log 5 4 6 5 4 6 4 6-3

in t t out t t 4 6 S in S out 4 4 log 5 4 6 5 4 6 4 6-3

m in t t m out t t 4 8 M in M out log 5 5 4 8 4 6 8 Kz 4 6 8 Kz -3

m in t t m out t t 4 8 M in M out log 5 5 4 8 4 6 8 Kz 4 6 8 Kz -33

m in t t m out t t 4 8 M in M out log 5 5 4 8 4 6 8 Kz 4 6 8 Kz -34