신호처리 Signal Processing

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1 신호처리 Signal Processing
필터의 정의 및 종류 기계공학전공 임종협

2 목차 필터의 정의와 종류 필터관련 용어 필터 설계 필터 설계를 위한 방법 아날로그 필터
디지털 필터 (유의사항, 장단점, 종류)

3 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

4 필터의 종류(1) - 저역통과필터 저역통과 필터(low-pass filter) : 0에서 어떤 주파 수까지의 대역만을 통과시키는 필터

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6 필터의 종류(2) - 고역통과필터 고역통과 필터(high-pass filter) : 어떤 주파수에 서 무한대 까지의 대역을 통과 시키는 필터

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8 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

9 필터의 종류(4) - 대역차단필터 대역차단 필터(band-reject filter) : 측정대역의 통 과를 차단

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 디지털 필터를 기반으로 한 연속시간 신호 필터링 시스템

16 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

17 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

18 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

19 디지털 필터(5) 기타 버터워스 필터 체비세프 필터