background image

 

 

PROJEKTOWANIE FILTRÓW CYFROWYCH 

 

Filtr cyfrowy jest liniowym układem dyskretnym, niezmiennym względem 
przesunięcia, zrealizowany za pomocą arytmetyki o skończonej precyzji 

• 

etapy projektowania: 

 - 

określenie pożądanych parametrów układu 

 

- aproksymacja tych parametrów za pomocą przyczynowego układu    

 dyskretnego 
 

- realizacja za pomocą arytmetyki o skończonej precyzji 

 
często wymagania na filtr podawane są w postaci tolerancji: 
 

 

100 

200

300

400

500 

0.2 

0.4 

0.6 

0.8 

1.2 

pasmo 
przepustowe 

pasmo 
zaporowe 

pasmo 
przejściowe 

 

 
przebieg charakterystyki filtru aproksymowany jest za pomocą funkcji: 
 

wielomianowej dla filtrów FIR, 

 

wymiernej dla filtrów IIR. 

background image

 

 

PROJEKTOWANIE FILTRÓW IIR W OPARCIU O CHARAKTERYSTYKI 

FILTRÓW ANALOGOWYCH 

 
Projektowanie to polega na przekształceniu filtru analogowego na filtr cyfrowy 
zgodnie z założeniami. 

• 

przyczyny: 

 

- zaawansowane metody projektowania filtrów analogowych 

 

- prostota wielu metod analogowych 

 

- filtry cyfrowe niejednokrotnie symulują filtry analogowe 

 

• 

założenia 

 - 

przekształcenie powinno zachować zasadnicze właściwości filtru    

 analogowego 
 

- stabilny filtr analogowy powinien być przekształcony na stabilny filtr cyfrowy 

(jeżeli filtr analogowy posiadał bieguny w lewej półpłaszczyźnie płaszczyzny s to filtr 
cyfrowy powinien posiadać bieguny wewnątrz okręgu jednostkowego na płaszczyźnie 
z
 

background image

 

 

METODA NIEZMIENNOŚCI ODPOWIEDZI IMPULSOWEJ 

 

• 

Przyjmujemy  że, odpowiedź impulsowa filtru cyfrowego jest ciągiem próbek 
odpowiedzi impulsowej filtru analogowego, pobranych w równych momentach 
czasu. 

 

h n

h nT

a

( )

(

)

=

 

• 

Można dowieść  że, z zależności między transformatą Laplace’a funkcji h

a

(n)  

transformatą Z funkcji h(n) wynika iż, istnieje równość: 

 

H z

T

H s

j

T

k

z e

a

k

sT

( )

=

=−∞

=

+



1

2

π

 

zależność pomiędzy argumentami tych funkcji 

 

z

e

sT

=

 

wskazuje  że, paski lewej półpłaszczyzny płaszczyzny  s, o szerokości 2

π

/T 

transformowane są na wnętrze okręgu jednostkowego na płaszczyźnie z i sumowane 
 
Jeżeli transmitancja filtru analogowego jest niezerowa poza przedziałem częstotliwości 
j

 <-

π

/T do 

π

/T> to występuje efekt nakładania się charakterystyk i zniekształcanie 

charakterystyki filtru cyfrowego 
 

• 

częstotliwości 

ω

=

π

 na płaszczyźnie z, odpowiada częstotliwość analogowa 

=

π

/T. 

• 

bieguny o położeniu s

k

 transformowane są na bieguny o położeniu e

s

k

. 

 
zalety: 
 

- prostota metody   

 

- liniowe odwzorowanie częstotliwości analogowej na cyfrową, 

 

- dobre odtworzenie charakterystyk częstotliwościowych filtrów  

 

 

wąskopasmowych 

wady: 
 - 

występuje nakładanie się charakterystyk 

 

-  mała dokładność odwzorowania 

 

- metoda nadaje się jedynie do filtrów pasmowo-przepustowych i 

 dolnoprzepustowych 

(układów o ograniczonym paśmie przenoszenia) 

 
 
 
 

background image

 

 

TRANSFORMACJA DWULINIOWA 

 

To przekształcenie uzyskano stosując przybliżone wyliczane całki (metodą trapezów) 
w równaniu różniczkowym opisującym filtr analogowy (odpowiednik równania 
różnicowego dla filtru cyfrowego). 
 
Otrzymano równanie: 

  

H z

H s

a

s

T

z

z

( )

( )

=

=


+

2 1

1

1

1

 

dla wartości leżących na okręgu jednostkowym uzyskano zależność między 
argumentami funkcji: 

 

T

tg

2

2

=



ω

 

• 

związek pomiędzy częstotliwością analogową i cyfrową jest nieliniowy 

• 

cała lewa półpłaszczyzna płaszczyzny s przekształcana jest na wnętrze okręgu 
jednostkowego 

• 

oś urojona przekształcana jest na okrąg jednostkowy 

• 

częstotliwości 

ω

=

π

 na płaszczyźnie  z, odpowiada nieskończona częstotliwość 

analogowa 

• 

nie występuje zjawisko nakładania się charakterystyk. 

• 

metodę można stosować do wszelkich filtrów.