Filter Design - Part I. Νοέµβριος 2005 ΨΕΣ 1

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

Kεφάλαιο 7 Σχεδιασμός IIR Φίλτρων

Σχεδιασµός IIR φίλτρων - Λύσεις των Ασκήσεων

Σχεδιασµός ΙIR Φίλτρων

Σχεδιασµός IIR φίλτρων

Αντίστροφος Μετασχηματισμός Ζ. Υλοποίηση συστημάτων Διακριτού Χρόνου. Σχεδίαση φίλτρων

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Α. ΣΚΟΔΡΑΣ ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 6 ΔΙΑΦΑΝΕΙΑ 1

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

Τ.Ε.Ι. Λαμίας Τμήμα Ηλεκτρονικής

Μετασχηµατισµός αναλογικών φίλτρων σε ψηφιακά

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

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

Σχήµα 1: Χρήση ψηφιακών φίλτρων για επεξεργασία σηµάτων συνεχούς χρόνου

Κεφάλαιο 6 Σχεδιασμός FIR φίλτρων

Κεφάλαιο 6 Σχεδιασμός FIR φίλτρων

Μετασχηματισμός αναλογικών φίλτρων σε ψηφιακά

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

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

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 10: Γραμμικά Φίλτρα. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Σχεδιασµός FIR φίλτρων

Μετασχηµατισµός Ζ (z-tranform)

Σχεδιασµός Φίλτρων µε τηµέθοδο των παραθύρων

ΑΣΚΗΣΗ 6 Σχεδίαση FIR και IIR φίλτρων στο Matlab

Παρουσίαση του μαθήματος

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 5

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

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

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο Μετασχηματισμός Z

Διάρκεια εξέτασης 2 ώρες

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΘΕΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ (ΚΙΙΙ)

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ

6-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Μετασχηματισμός z

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΣHMATA KAI EΠEΞEPΓAΣIA EIKONAΣ. Tόµος B' Ψηφιακή Eπεξεργασία Eικόνων και Σηµάτων

ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ + 1+ = =

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο Μετασχηματισμός Z. ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ - Μετασχ.-z

Ανάλυση ΓΧΑ Συστημάτων

ΚΕΦ.6 Σχεδιασµός FIR φίλτρων Λύσεις των ασκήσεων

ΨΕΣ DTFT. DFT-pairs: DFT-properties :

Ψηφιακή Επεξεργασία Σήματος

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

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

Τι είναι σήµα; Σεραφείµ Καραµπογιάς

Περιγραφή Συστηµάτων. στο Επίπεδο z. Πόλοι και Μηδενισµοί Συνάρτησης Μεταφοράς. Νοέµβριος 2005 ΨΕΣ 1

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΙΙ

Filter Design - Part IΙI. Νοέµβριος 2005 ΨΕΣ 1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΦΙΛΤΡΑ

Μετασχηµατισµός z Oρισµός Ο δίπλευρος µετασχηµατισµός z, X(z) µίας ψηφιακής ακολουθίας x(n) ορίζεται ως εξής:

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

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

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT. (Discrete Time Fourier Transform) ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ Σ. ΦΩΤΟΠΟΥΛΟΣ ΔΠΜΣ 1/ 45

A k s s k. H c (s) = H(z) = 1 e s kt dz 1

Μετασχηµατισµός αναλογικών φίλτρων σε ψηφιακά

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

H ap (z) = z m a 1 az m (1)

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

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

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

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

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΤΕΥΧΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2

x[n] x(nt s ) y c x c Discrete Time System D /C Conversion C/D Conversion Conv. From continous to discrete and from discrete to continous x trne

Σχήμα Χαμηλοδιαβατά φίλτρα:

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

Μετασχηµατισµός αναλογικών φίλτρων σε ψηφιακά

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

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

DFT ιακριτός µετ/σµός Fourier Discrete Fourier Transform

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ

Ο Μετασχηματισμός Ζ. Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ

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

Σχεδιασμός Φίλτρων. Κυριακίδης Ιωάννης 2011

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Βασικά Στοιχεία Αναλογικών Ηλεκτρονικών

ΕΝΟΤΗΤΑ 12: ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE

Συναρτήσεις και κυκλώµατα 2ης τάξης

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

10-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα

H ap (z) = z m a 1 az m (1)

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER

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

Σύνθεση και Σχεδίαση Παθητικών Φίλτρων LC

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

ΑΡΧΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

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

Σήματα και Συστήματα

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 1o Τμήμα (Α - Κ): Αμφιθέατρο 4, Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Ανάλυση Επικοινωνιακών Σημάτων κατά Fourier

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

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

Γενικές Αρχές Επεξεργασίας Βιολογικών Σημάτων

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Κεφάλαιο 4. Απόκριση συχνότητας

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Transcript:

Filter Deign - Part I Νοέµβριος 005 ΨΕΣ

>> t 0:00; >> x co(*pi*t*3/0); >> x 0.5*co(*pi*t*55/0); >> xxx; >> x_f fft(x); Νοέµβριος 005 ΨΕΣ

Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 3

Deign of a Low-Pa filter >> [B,A]butter(4, 0.) % 4 order, 0. norm. frequency B 0.0004 0.007 0.005 0.007 0.0004 A.0000-3.806 3.86 -. 0.4383 Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 4

>> yfiltfilt(b,a,x); Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 5

Deigning a filter : define H(ω) & tranlate it into Difference Equation Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 6

H(Ω) ) Y(Ω) ) / X(Ω) H() Y() / X() ampling H(ω) ) Y(ω) ) / X(ω) H() Y() / X() Ω ω/τ (Ω πf) Αναλογικός χώρος H(Ω) : απόκριση συχνότητας H(S) :συνάρτηση µεταφοράς S-plane (Laplace) ampling Ψηφιακός χώρος H(ω) : απόκριση συχνότητας H() :συνάρτηση µεταφοράς -domain Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 7

Εισαγωγικά: Γενικά χαρακτηριστικά των φίλτρων Τα 4 βασικά είδη φίλτρων είναι: Η. Βαθυπερατό ή κατωπερατό (Low-pa). Υψιπερατό ή ανωπερατό Η Η 0 (α) (β) (High-pa) 3. Ζωνοδιαβατό (Band-pa) και 4. Απόρριψης ζώνης ή ζωνοφρακτικό (band-reject) ω0 π π (γ) (δ) Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 8

πραγµατικές προδιαγραφές Η(ω) Στη ζώνη διέλευσης (0-ω p ) φαίνεται η κυµάτωση µεταξύ των τιµών δ και -δ. Στη ζώνη αποκοπής (ω>ω ) ηκυµάτωση είναι µικρότερη του δ δ -δ δ 0 Ζώνη διέλευσης Ζώνη µετάβασης Ζώνη αποκοπής 0 ω p ω ω Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 9

Η(ω) σε db 0 Προδιαγραφές σε λογαριθµική κλίµακα db (decibel) δ R p 0log και Α 0log 0logδ δ δ δ R p Ζώνη µετάβασης A 0 ω p ω ω Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 0

Σχεδιασµός IIR Φίλτρων Φίλτρα «άπειρης» κρουστικής απόκρισης IIR - Infinite impule repone filter Νοέµβριος 005 ΨΕΣ

Νοέµβριος 005 ΨΕΣ Μερικά χαρακτηριστικά των IIR φίλτρων η εξίσωση διαφορών έχει την µορφή: a o y(n) a y(n-)... a N y(n-n) b o x(n) b x(n-).....b M x(n-m) ησυνάρτησηµεταφοράς H() έχει την µορφή: N N 0 M M 0 N 0 k k k M 0 k k k a... a a a b... b b b a b H()

I. Σχεδιασµός στο -domain II. Μετατροπή Αναλογικής Σχεδίασης σε Ψηφιακή Η() H() Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 3

I. Σχεδιασµός στο -domain ( π.x. Ζωνοδιαβατό ας τάξης ) H ( ) Rcoω ο R p Re jωο - Πόλοι συζυγείς µιγαδικοί H ( ω ) ο ω ο -ω ο X X H ( ω ) ο ω 0 0 π ω p Re -jωο ω(-r) Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 4

ΙΙ.. Μετατροπή Αναλογικής Σχεδίασης σε Ψηφιακή α) Επιλογή συνάρτησης βαθυπερατού αναλογικού φίλτρου - Butterworth, Chebyhev, Elliptic β) Καθορισµός της τάξης Ν του φίλτρου και της συχνότητας αποκοπής Ω c από τις προδιαγραφές γ) Μετατροπή σε Ψηφιακό (οποιουδήποτε τύπου) Η() H() Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 5

α) π.χ. Επιλογή Butterworth συνάρτησης Η(Ω)Η() jω H(Ω) Ω Ω C N / τάξη Συνάρτηση H() 3 4 5 5 4 3.63 3.36 4 3 3.44.63 3 5.36 5.36 3.36 Οι συναρτήσεις Η() είναι συνήθως κανονικοποιηµένες δηλ. Ω C Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 6

. H(Ω) 0.8 0.707 A p 0.6 0.4 0. A β) Χρήση των προδιαγραφών για προσδιορισµό τάξης και Συχν. Αποκοπής προδιαγραφές: α) Ω p,a p συχνότητα - εξασθένησηστηζώνηδιέλευσης β) Ω, A συχνότητα - εξασθένηση στη ζώνη αποκοπής. 0 0 0.5.5 Ω(r/) Ω p Ω H(Ω) για Ω Ω -0log 0 H(jΩ) Α για Ω Ω p -0log 0 H(jΩ) A p ( Ω / Ω ) Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 7 N Ω Ω C N / A p / log 0 0 A / 0 log 0 p 0 0

γ) Μετατροπή αναλογικού βαθυπερατού φίλτρου σε ψηφιακό (οποιουδήποτε τύπου) Σχεδιασµός αναλογικού βαθυπερατού φίλτρου Η() Εφαρµογή µετασχηµατισµού Εφαρµογή µετασχηµατισµού Ψηφιακό Φίλτρο H() Οι µετασχηµατισµοί είναιοιεξής: Ο µετασχηµατισµός κρουστικής αµεταβλητότητας (impule invariance) και Ο ιγραµµικός (bilinear) µετασχηµατισµός. Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 8

Σχεδιασµός αναλογικού βαθυπερατού φίλτρου H() Εφαρµογή µετασχηµατισµού Εφαρµογή µετασχηµατισµού Ψηφιακό Φίλτρο H() Μετασχηµατισµός Μετασχηµατισµός Βαθυπερατό βαθυπερατό Βαθυπερατό υψιπερατό Ω Ω ΩΩ Βαθυπερατό ζωνοδιαβατό Ω Ω Ω ( Ω Ω ) Βαθυπερατό απόρριψης ζώνης Ω ( Ω Ω ) Ω Ω Η συχνότητα Ω συνήθως είναι (κανονικοποιηµένη( κανονικοποιηµένη) Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 9

Παράδειγµα: βαθυπερατό υψιπερατό Η βαθυπερατή αναλογική συνάρτηση ης τάξεως H()/() µετατρέπεται σε υψιπερατό αναλογικό φίλτρο µε συχνότητα αποκοπής Ω C.7 H ().7. 7 Η(Ω) σε db 0 Α p 0.7 Ω Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 0

Σχεδιασµός αναλογικού βαθυπερατού φίλτρου Η() Εφαρµογή µετασχηµατισµού Εφαρµογή µετασχηµατισµού Ψηφιακό Φίλτρο H() Μετασχηµατισµοί Μέθοδος κρουστικής αµεταβλητότητας (Impule Invariance Method) ιγραµµικός µετασχηµατισµός (Βilinear tranformation) Νοέµβριος 005 ΨΕΣ

Σχεδιασµός αναλογικού βαθυπερατού φίλτρου Τ() Εφαρµογή µετασχηµατισµού Εφαρµογή µετασχηµατισµού Ψηφιακό Φίλτρο H() Μέθοδος κρουστικής αµεταβλητότητας (Impule Invariance Method) h a (t) (α) h(n) )h a (nt ) Πεδίο χρόνου h(n) h(n) (β) (γ) Πεδίο συχνότητας Η κρουστική απόκριση(α) δειγµατοληπτείται µε διαφορετικές συχνότητες (β και γ). Στην απόκριση συχνότητας (δεξιά) εµφνίζονται τα φαινόµενα επικάλυψης (aliaing ) τα οποία γίνονται πιο έντονα µε την ελάττωση της δειγµατοληψίας (γ) Νοέµβριος 005 ΨΕΣ

Quetion : i direct ampling a valid olution? IIR infinite duration Difference Equation i needed Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 3

Αναλύουµε την Η() σε απλά κλάσµατα H() K p K p... Για κάθε πόλο στο -domain αντιστοιχούµε έναν πόλο στο -domain H ( K K ) pt pt e e... Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 4

Μέθοδος κρουστικής αµεταβλητότητας η απεικόνιση Από την αντιστοιχία πόλων στο S και πεδίο K i p K e i pt e T jω j π Τ e πτ j Τ e jωτ e jω Im() jω 3π/Τ Μοναδιαίος κύκλος π/τ σ Re() -π/τ επίπεδο - -3π/Τ επίπεδο - Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 5

Λόγω της απεικόνισης, ο άξονας jω προβάλλεται στο µοναδιαίο κύκλο υπάρχει πολλαπλή προβολή αναλογικών συχνοτήτων Ω στην ίδια ψηφιακή συχνότητα Ω.Τ ω.4 Aliaing-effect. απόκριση 0.8 0.6 0.4 0. f 640H H(ω) H(Ω) 0 0 00 400 600 800 000 00 400 Συχνότητα H Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 6

Σχεδιασµός αναλογικού βαθυπερατού φίλτρου Τ() Εφαρµογή µετασχηµατισµού Εφαρµογή µετασχηµατισµού Ψηφιακό Φίλτρο H() Ορισµός: ιγραµµικός µετασχηµατισµός ω π ω -π f() k Ω k Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 7 k ή kf ω για jω και e jω Ω k tan Ω Ηαπεικόνισητων«αναλογικών» συχνοτήτων Ω στις «ψηφιακές» ω. Είναιφανερήησυµπίεση (στρέβλωση) της περιοχής Ω στην αντίστοιχη ω Frequency warping

ιγραµµικός µετασχηµατισµός - απεικόνιση To αριστερό ηµιεπίπεδο απεικονίζεται στο εσωτερικό του µοναδιαίου κύκλου στο επίπεδο συναρτήσεις Η() ευσταθείς στο επίπεδο αντιστοιχούν σε επίσης ευσταθείς συναρτήσεις Η() στο επίπεδο. O άξονας jω απεικονίζεται στη περιφέρεια του µοναδιαίου κύκλου δηλ. e jω επίπεδο- Im e jω Im jω επίπεδο- Re Re µοναδιαίος κύκλος αριστερό ηµιεπίπεδο - Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 8

ιγραµµικός µετασχηµατισµός -διαδικασία σχεδιασµού Προδιαγραφές Ψηφιακού φίλτρου Μετασχηµατισµός Ωg(ω) Προδιαγραφές Αναλογικού φίλτρου Ψηφιακό φίλτρο Η() Μετασχηµατισµός f() Αναλογικό φίλτρο Η() Η διαδικασία σχεδιασµού αρχίζει µε τις προδιαγραφές των φίλτρων ω p,a p ) και (ω,a ) όπως δίνονται στο ψηφιακό χώρο Μετατρέπουµε τις προδιαγραφές αυτές στις αντίστοιχες αναλογικές διαδικασία αποστρέβλωσης -prewarping- στις συχνότητες ω p ω ) Από τις προδιαγραφές αυτές βρίσκεται η κατάλληλη αναλογική υνάρτηση Η() Eφαρµόζουµετονδιγραµµικό µετασχηµατισµό καιβρίσκουµε τηνη() Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 9

Αναλογικό φίλτρο Η() Μετασχηµατισµός f() Ψηφιακό φίλτρο Η() Από το αναλογικό φίλτρο Η() βρίσκουµε άµεσα το ψηφιακό Η(): H() H() f Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 30

Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 3 ίδεται η συνάρτηση. Ζητείται η αντίστοιχη ψηφιακή Η() για συχνότητα δειγµατοληψίας f 500H 000 000 () H 0 4 0 000 500 000 500 000 000 500 H H. ) (. ) ( ) ( f y(n)-0.y(n-) 0.4( x(n)x(n-) )

ιγραµµικός µετασχηµατισµός the complication!!! Εξ αιτίας της στρέβλωσης κατά τη διάρκεια της µετατροπής του αναλογικού φίλτρου σε ψηφιακό πρέπει οι αρχικές προδιαγραφές να µεταφραστούν κατάλληλα Ω ω tan Πριν την αναλογική σχεδίαση Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 3

ίνεται η αναλογική συνάρτηση (Butterworth) Η()/( ) Με χρήση του διγραµµικού µετασχηµατισµού να βρεθεί η αντίστοιχη ψηφιακή συνάρτηση Η() που αντιστοιχεί σε (βαθυπερατό) φίλτρο µε συχνότητα αποκοπής f C 50H και συχνότητα δειγµατοληψίας f S.8 ΚH. Note : We cannot ue in the Analog-deign the relation Ωπ.f and etimate a Ω c π. f C Prewraping i neceary Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 33

συχνότητα αποκοπής f C 50H συχνότητα δειγµατοληψίας f S 80 H. ιαδικασία αποστρέβλωσης αποστρέβλωσης Step : compute the digital frequency for each of the deign parameter Η κανονικοποιηµένη (ψηφιακή) συχνότητα είναι: (ω π f/f ) ω C π 50 / 80 0.344 π Step : tranlate thi to analog deign frequency Η αντίστοιχη αναλογική συχνότητα είναι : Ω C tan(ω c /) 0.3858 Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 34

Αναλογικό φίλτρο Η() Μετασχηµατισµός f() Ψηφιακό φίλτρο Η() Βαθυπερατό βαθυπερατό H 0.3858 () 0.3858 0.3858 0.3858 0.488 0.3858 0.488 ιγραµµικό µετασχηµατισµό: H() H() 0.488( ( ) 0.5456( ) 0.488( ) ( ) 0.488-0.603 -.704 0.0878-0.3560 -.0047 ) - -.6944 0.8 0.6 0.4 Απόκριση Η(ω) 0. 50 συχνότητα H 0 0 00 00 300 400 500 600 700 Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 35

Πλήρης σχεδιασµός βαθυπερατού φίλτρου µε το ιγραµµικό µετασχηµατισµό Προδιαγραφές Ψηφιακού φίλτρου Μετασχηµατισµός Ωg(ω) Προδιαγραφές Αναλογικού φίλτρου Συνοπτικά: Από τις προδιαγραφές του ψηφιακού βρίσκουµε τις αντίστοιχες προδιαγραφές του αναλογικού βαθυπερατού φίλτρου και στη συνέχεια την συνάρτηση Η() Μετατρέπουµε το αναλογικό βαθυπερατό στο αντίστοιχο αναλογικό υψιπερατό ή ζωνοδιαβατό ή απόρριψης ζώνης. Εφαρµόζουµε τον διγραµµικό µετασχηµατισµό Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 36

Πλήρης σχεδιασµός βαθυπερατού φίλτρου µε το ιγραµµικό µετασχηµατισµό -Συνέχεια Για την εύρεση των συχνοτήτων Ω του αναλογικού βαθυπερατού φίλτρου από τις αντίστοιχες ω του ψηφιακού χρησιµοποιούµε τον εξής πίνακα: Ωg(ω) f() παράµετροι βαθυπερατό ηψιπερατό Ωtan(ω/) Ω -cot(ω/) ζωνοδιαβατό απόρριψης ζώνης c coω Ω inω inω Ω coω c c c c c in(ωa ωb) inω inω a in(ω a ωb) inω inω a b b Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 37

ΝαβρεθείητάξηΝτουβαθυπερατούButterworth φίλτρου µε τις εξής προδιαγραφές (στον ψηφιακό χώρο) ζώνη διέλευσης ω p 0.π, εξασθένηση A p 3dB ζώνη αποκοπής ω 0.4π, εξασθένηση A 30dB H(Ω) Ω Ω C N / H(0.4π) tan0.π tan0.π Ν / Ν ) / (.36 Επειδή 0log 0 H(0.4π) -30 log0 Ν / (.36 ) 30 / 0 0. (.36 ) 036 Ν 4.6 5 Ν / H() 5 4 3 3.36 5.36 5.36 3.36 Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 38

Να σχεδιασθεί βαθυπερατό ψηφιακό Βutterworth φίλτρο µε τις εξής προδιαγραφές: ζώνη διέλευσης 0-60Η (εξασθένηση 3dB) ζώνη αποκοπής >85 H εξασθένηση>5db συχνότητα δειγµατοληψίας f 56H βρίσκουµε τις ψηφιακές (κανονικοποιηµένες) συχνότητες : ω π60/56 π 0.344 και ω π85/56π 0.330 βρίσκουµε τις αποστρεβλωµένες (prewarped) αναλογικές συχνότητες: Ω tan(ω /)0.906 και Ω tan(ω /).758 N.758 βρίσκουµε την τάξη του φίλτρου 0log 5 N.468 N 3 0.906 ηλ η ζητούµενη κανονικοποιηµένη (Ω) συνάρτηση Butterworth είναι: Η()/{ 3 } Aποκανονικοποιούµε τηνη() ώστε Ω c Ω ηλ Η'()H(/0.906) και εφαρµόζουµε τον διγραµµικό µετασχηµατισµό: Τα δύο τελευταία στάδια γίνονται (σε ένα βήµα) ως ακολούθως: H() H'() H() 3 3.03 0.80 0.349 0.065 Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 39 3 3

για για Να σχεδιασθεί βαθυπερατό ψηφιακό Βutterworth φίλτρο µε συχνότητα δειγµατοληψίας f 0kH και τις εξής προδιαγραφές: ζώνη διέλευσης 0-4kH εξασθένηση 0.5dB ζώνη αποκοπής >5 kh εξασθένηση>0db ψηφιακές συχνότητες: ωπ4/00.4π και ωπ5/00.5π αναλογικές συχνότητες :Ω p tan(0.4π/)0.765 Από την σχέση: H(Ω) έχουµε: Ω N / Ω Ω p Ω Ω 0.765 N ( ) 0 c N 0 / 0 ( ) 0 Ω H(Ω H(Ω p ) ) [ ( ) ] Ωp ( ) Ω c N N [ ( ) ] Ω Ω c Ω c / / 0log H(Ω 0log H(Ω p Ω tan(0.5π/) ) 0log ) 0log 0.5 / 0 0.5 / 0 Ω N 6.73 7 c 0.765 N και Ω c 0.8443 0 0 Ω N p ( ) 0. 5 Ω c [ ( ) ] Ω N Ω 0 c Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 40

T() ( )( 0.445 )(.47 )(.809 ) Αποκανονικοποιούµε γιαω c 0.8443 και µε εφαρµογή του διγραµµικού µετασχηµατισµού λαµβάνουµε για τον ο όρο: 0.8443 0.8443 H() 0.8443 0.8443 0.8443 0.4578( 0.0844 Επαναλαµβάνοντας και για τούς υπόλοιπους όρους λαµαβάνουµε: ) H H H 3 4 () () () 0.34( ) 0.749 0.640 0.578( ) 0.076 0.386 0.04( ) 0.775 0.059 Η(Ω) db 0 Α p A 0 Ω p Ω Ω H()H ()H ()H 3 ()H 4 () Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 4

Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 4 οθείσης της βαθυπερατής συνάρτησης Η()/() να σχεδιασθεί ψηφιακό υψιπερατό φίλτρο µε συχνότητα αποκοπής f c 30 H και συχνότητα δειγµατοληψίας f 50 H Για την συχνότητα ω C και την αντίστοιχη αναλογική Ω C έχουµε 765 0 50 30. tan Ω π C 0 584 0 579 0 765 0 765 H H H H... ) ( ) (. ) ( ) ( 0.765

Ψηφιακά ζωνοδιαβατά φίλτρα ας τάξεως Η αναλογική συνάρτηση έχει την µορφή: H a () α α Ω ο Η απόκριση H a (Ω) χαρακτηρίζεται: από τη µέγιστη τιµή που λαµβάνει στη συχνότητα ΩΩ ο και Η(Ω) από τις δύο συχνότητες αποκοπής Ω και Ω που ορίζονται σαν οι συχνότητες που η απόκριση "πέφτει" στο / του µεγίστου 0 Ω Ω ο Ω Αποδεικνύεται ότι : Ω ο και α ΩΩ -Ω Ω Ω Ω Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 43

Ψηφιακά ζωνοδιαβατά φίλτρα ας τάξεως Εύρεση της συνάρτησης Η(). οθέντων των ω,ω βρίσκονται τα Ω,Ω : ΩΚtan( tan(ω/). Από αυτά βρίσκονται τα α και Ω ο Από το Ω ο και το ω βρίσκεται το και από αυτά η Η() και η Η(): α Ω ( Ω ο ) tan ω H() H() α α Ω ο Ηλεκτρονικη και Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 44 Επεξεργασία της Πληροφορίας

Να σχεδιασθεί ψηφιακό φίλτρο ας τάξεως µε ζώνη διέλευσης 00-300H και συχνότητα δειγµατοληψίας f kh ω tan 00 π tan 000 Ω 0.349 ω tan 300 π tan 000 Ω 0.5095 Ω ο 0.349 x 0.50950.655 και αω -Ω 0.846 H() H() H α 0.846 και 0.846 0.655 ()....36 0.765 Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 45

Exam Νοέµβριος 005 ΨΕΣ 46