신호처리 Signal Processing 필터의 정의 및 종류 기계공학전공 72061364 임종협
목차 필터의 정의와 종류 필터관련 용어 필터 설계 필터 설계를 위한 방법 아날로그 필터 디지털 필터 (유의사항, 장단점, 종류)
필터의 정의 필터란 원하는 신호의 주파수 범위로부터 노이즈 등을 제한하기 위한 기능으로 주파수 스펙트럼에 서 원하지 않는 부분을 제거하는 것을 의미함 일반적으로 저역통과, 고역통과, 대역통과, 대역 저지 필터 4가지로 구분함 아날로그 필터와 디지털 필터
필터의 종류(1) - 저역통과필터 저역통과 필터(low-pass filter) : 0에서 어떤 주파 수까지의 대역만을 통과시키는 필터
필터의 종류(2) - 고역통과필터 고역통과 필터(high-pass filter) : 어떤 주파수에 서 무한대 까지의 대역을 통과 시키는 필터
필터의 종류(3) - 대역통과필터 대역통과 필터(band-pass filter) : 정해진 특정 주 파수 대역만 통과 시키는 필터 대역차단 필터(band-reject filter) : 측정대역의 통 과를 차단
필터의 종류(4) - 대역차단필터 대역차단 필터(band-reject filter) : 측정대역의 통 과를 차단
필터관련 용어 필터링 : 신호로부터 어떤 주파수의 대역의 성분 만을 제거시키는 처리 필터링 : 신호로부터 어떤 주파수의 대역의 성분 만을 제거시키는 처리 통과대역 : 필터에 의하여 통과시키는 주파수의 범위 차단대역 : 필터에 의하여 통과시키지 않는 범위 차단 주파수(cut-off-frequency) : 통과대역과 차 단대역을 나누는 경계
필터 설계 1단계 : 인과적이고 안정한 시스템을 표현하는 합 리적인 전달 함수에 의한 규정된 주파수 응답의 근사화 1단계 : 인과적이고 안정한 시스템을 표현하는 합 리적인 전달 함수에 의한 규정된 주파수 응답의 근사화 2단계 : 물리적인 시스템에 의한 근사화 전달 함수 의 실현 두 단계는 여러가지 다른 방법으로 구현 될 수 있 으므로 필터설계문제는 유일한 해를 가지지 않음
필터 설계를 위한 방법 아날로그 필터 종류에 적용되는 아날로그 접근 방 법 아날로그 필터 설계를 기초로 디지털 필터를 설계 하는 아날로그에서 디지털로의 접근 방법 디지털 필터의 종류에 적용되는 직접적인 디지털 접근 방법
아날로그 필터 장단점 장점 - 간단한 1,2차 필터의 경우 구성이 간단 - 주변회로가 간단 - 고주파 필터도 간단하게 제작가능 - 고차필터의 경우 RLC값을 계산하기 어려움 - 온도, 전압, 부하등에 따라 필터특성이 변함 - 낮은 주파수일때는 부품의 크기가 커짐
디지털 필터(1) 유의사항 기본적인 설계 절차는 입력 데이터와 모든 내부 계산을 위해서 보통 아날로그 또는 무한 정리 모 델의 사용에 기초함 이산시간 필터가 디지털 형태로 실행 될 때, 입력 데이터와 내부 계산은 모두 양자화되어 유한하게 정밀해지고 이로인해 라운드오프 오차가 생기며 필터의 성능오차를 유발시키는 요인이 됨
디지털 필터를 기반으로 한 연속시간 신호 필터링 시스템
디지털 필터(2) 장점 장점 -bit 길이 길면 길수록 고정도의 Filter 실현 -filter특성 쉽게 수정 디지털 필터(2) 장점 장점 -bit 길이 길면 길수록 고정도의 Filter 실현 -filter특성 쉽게 수정 -고 신뢰성, 소형화, 경제화 단점 - A/D, D/A, 제어장치 필요 - 고주파필터를 만드는 경우 매우 복잡하고 고비 용이 요구됨
디지털 필터(3) FIR 필터 유한 기간 임펄스 응답 (FIR : Finite-duration Impulse Response) 전달함수는 유한한 메모리를 가지므로, 어떤 천이 개시는 지속시간이 제한됨 전달함수는 모두 BIBO 안정임 전달함수는 정확히 선형 위상 응답을 가지도록 원하는 진폭 응답을 실현 할 수 있음
디지털필터(4) IIR 필터 무한 기간 임펄스 응답(IIR : Infinite-duration Impulse Response) 규정된 주파수 응답에 대해서 IIR 디지털 필터를 사용하면 상응하는 FIR 필터를 사용하는 것보다 필터길이를 더 짧게 할 수 있음 이러한 개선을 위해 위상 일그러짐과 유한-시간 구간으로 제한되지 않는 천이 개시를 감수해야함
디지털 필터(5) 기타 버터워스 필터 체비세프 필터