Comparação de filtros IIR e FIR

Documentos relacionados
Análise de filtros analógicos e digitais

Estudo comparativo entre filtros digitais FIR e IIR

Filtros Digitais. Filipe Medeiros de Almeida

PGMicro MIC46. = Filtros =

Projeto de Filtros IIR. Métodos de Aproximação para Filtros Analógicos

Filtros IIR. 27 de outubro de 2015 IFBA. Fabrício Simões (IFBA) Filtros IIR 27 de outubro de / 49

Curso de Engenharia Elétrica Processamento Digital de Sinais II Exercícios sobre filtros não recursivos Data de entrega: 17/11/2015

PROJETO DE FILTROS IIR

Sinais e Sistemas - ESP208

Introdução a filtros digitais. Theo Pavan e Adilton Carneiro TAPS

Resumo. Técnicas de Desenho de Filtros Digitais p.4/37. Passos do Processo de Desenho de Filtros. Objectivo

Técnicas de Projeto de Filtros IIR

Filtros IIR. Luis Henrique Assumpção Lolis. 19 de maio de

Princípios de Telecomunicações. PRT60806 Aula 11: Filtros Analógicos Professor: Bruno Fontana da silva 2014

Lista de Exercícios 04 Filtragem Analógica. (1) Para os circuitos abaixo, determine a função de transferência (sem substituir os valores de, e ).

Técnicas de Desenho de Filtros Digitais

PROJETO E ANÁLISE DO DESEMPENHO DOS FILTROS IIR POR MEIO DA TÉCNICA DE INVARIÂNCIA AO IMPULSO E TRANSFORMAÇÃO BILINEAR

Processamento de Sinal e Imagem Engenharia Electrotécnica e de Computadores

TEC501 - Eletrônica para Processamento de Sinais

O processo de filtragem de sinais pode ser realizado digitalmente, na forma esquematizada pelo diagrama apresentado a seguir:

Introdução ENG ELETRÔNICA III

Filtros Digitais. Carlos Alexandre Mello. Carlos Alexandre Mello

Processamento Digital de Sinais

Composição. Síntese = + Decomposição. Análise

Aula 6 PS Prof. César Janeczko. Filtros Digitais

Filtro FIR. Processamento Digital de Sinais - ENG de julho de 2016 IFBA. Fabrício Simões (IFBA) Filtro FIR 22 de julho de / 30

Introdução aos Filtros Digitais

Filtros Digitais 1 FILTROS DIGITAIS (5.1) y = A. x B. y. onde A = C / D e B = D / D

Filtros Digitais: Estudo, Projeto e Simulação

Processamento de sinais digitais

Filtros Digitais FIR (Finite Impulse Response) Prof. Juan Mauricio Villanueva

OSCILADOR SENOIDAL. Marcos Aurélio Medeiros SILVA(1); Rogério Guerra Diógenes Filho(2); Fabíola Fernandes Andrade(3)

Roteiro-Relatório da Experiência N o 5

Um filtro digital é uma implementação de um filtro através de operações matemáticas aplicadas em um sinal amostrado (e quantizado);

Dispositivos e Circuitos de RF

Projeto de Filtros IIR. Transformações de Funções de Transferências Analógicas para Digitais e Transformações Espectrais

Processamento (Digital) de Sinal. Caderno de exercícios para as horas não presenciais

Filtros IIR. EPUSP PTC/ LEB - S.Furuie 2. Filtros IIR. y[n] EPUSP PTC/ LEB - S.Furuie 4. Filtros IIR. Filtro. Digital temp. Filtro. digital freq.

Efeitos da filtragem sobre sinais de onda quadrada

Circuitos Elétricos III

Análise de Sistemas LTI através das transformadas

Projeto de Filtros FIR

MIC 78 Amostradores e Reconstrutores

O uso da plataforma de desenvolvimento OMAP-L137/TMS320C6747, de processamento digital de sinais, na implementação de filtros digitais

Circuitos Elétricos 2

APRENDA NA PRÁTICA: FILTROS DIGITAIS PARA A CORREÇÃO DE FREQUÊNCIAS RUIDOSAS EM SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO UTILIZANDO A PLATAFORMA MATLAB.

Processamento de Sinais DEL/Poli/UFRJ. Estruturas de Filtros Digitais

Instrumentação Biomédica

3 Conceitos básicos de filtragem digital multitaxa

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS

V in (+) V in (-) V O

Plano de aula. ECG com ruído: o que fazer? 5. Motivação / Importância de filtros. Filtros analógicos. Medidas: bandas e faixas. Filtros do tipo FIR

Estabilidade no Domínio da Freqüência

Circuitos Elétricos III

Filtro FIR: Estudo, Projeto e Simulação

Artigo de Congresso Apresentado no 10 o Congresso de Engenharia de Áudio 16 a Convenção Nacional da AES Brasil 08 a 10 de Maio de 2012, São Paulo, SP

Curso de Engenharia Elétrica Processamento Digital de Sinais II Projeto 1 Filtro eliminador de ruído elétrico para sinais de EletroEncefaloGrama (ECG)

SUMÁRIO BACKGROUND. Referências 62 MATLAB Seção B: Operações Elementares 62 Problemas 71

Sumário. 1 Sinais e sistemas no tempo discreto 1. 2 As transformadas z e de Fourier 79

Revista Ilha Digital

ELETRÔNICA DIGITAL APLICADA Aula 6- Amplificadores Operacionais com filtros

Função de Transferência

CAP. 5 FILTROS ATIVOS TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES

Circuitos RC e filtros de frequência. 7.1 Material

Projecto de Filtros Digitais IIR

Técnicas de Projeto de Filtros

I. B. de Paula CONDICIONAMENTO DE SINAIS E MEDIDAS ELÉTRICAS

AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

Experimento 7. Circuitos RC e filtros de frequência. 7.1 Material. 7.2 Introdução. Gerador de funções; osciloscópio;

Sistemas e Sinais. Universidade Federal do Rio Grande do Sul Departamento de Engenharia Elétrica

p. 1/2 Resumo Especificação de Filtros Filtro de Butterworth Filtro de Chebyshev Filtros de Primeira Ordem Filtros de Segunda Ordem

Análises, interpretações e soluções de algumas questões do ENADE por: Prof. José Roberto Marques. Docente da Universidade de Mogi das Cruzes

6 Filtros Digitais do tipo FIR

V in (+) V in (-) V O

Kit Didático de Motor de Corrente Contínua para Laboratórios de Controle

TÍTULO: SIMULAÇÃO E ANÁLISE DE UM FILTRO ATIVO PASSA FAIXA COM AMPOP CATEGORIA: CONCLUÍDO ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA. SUBÁREA: Engenharias

Projecto de Filtros Digitais IIR

Projeto de Filtros Não-Recursivos (FIR)

Resposta em Frequência de Sistemas LTI

PROVA 1. 1) Justifique brevemente todas as suas respostas; 2) Mostre suas contas (primeiro escreva suas equações e só depois substitua valores).

Capítulo 6 Filtragem, Amostragem e Reconstrução

Sinais e Sistemas Mecatrónicos

Circuitos RC e filtros de frequência. 6.1 Material. resistor de 1 kω; capacitor de 100 nf.

Aplicações de Conversores Estáticos de Potência

Capítulo 10. Técnicas de Resposta de Freqüência

PARA ESTA PROVA, DESRESPEITAR AS SEGUINTES REGRAS VALE 1 PONTO

Aula Prática: Filtros Analógicos

CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS

ANÁLISE E IMPLEMENTAÇÃO

CIDADE DE PELOTAS INSTRUÇÕES GERAIS. a c d

Capítulo 6 Filtragem, Amostragem e Reconstrução

PROVA 1 2) Justifique todas as suas respostas; 3) Mostre suas contas (primeiro escreva suas equações e só depois substitua valores)

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

INTRODUÇÃO CARACTERÍSTICAS

Capítulo 10 Estabilidade e Compensação. em Freqüência. que possui a seguinte função de transferência. Considerações Gerais

TRANSFORMADA Z. A transformada Z de um sinal x(n) é definida como a série de potências: Onde z é uma variável complexa e pode ser indicada como.

SCS Sistemas de Controle / Servomecanismos. Aula 04 Diagrama do lugar geométrico das raízes

Métodos Avançados em Sistemas de Energia Eletrônica de Potência para Geração Distribuída

Filtros Digitais. Capítulo 6.0 PDS Prof. César Janeczko (2 o semestre 2009) 10 A

Transcrição:

Comparação de filtros IIR e FIR Rodrigo Farias/Humberto José de Sousa rfarias@sj.ifsc.edu.br/humbertos@ifsc.edu.br Resumo: Este documento apresenta um comparativo de alguns filtros IIR e FIR. Este comparativo foi feito utilizando a ferramenta Fdatool do Matlab. Será analisado a seguir: a função transferência, o diagrama de pólos e zeros, a resposta de fase e magnitude, a resposta impulso e o atraso de grupo. Palavras-chave: FIR, IIR, Filtros. 1. Introdução Um filtro é um dispositivo que permite a passagem de determinada faixa de frequência e rejeita outra faixa de frequência. Os Filtros podem ser analógicos ou digitas. Filtro analógico é o circuito composto por resistores, indutores e capacitores. Filtros analógicos são complexos e estão em desuso principalmente pela variação dos valores nominais dos componentes. Filtro digital é um filtro que processa sinais digitais. Estes filtros podem ser de resposta ao impulso infinito (IIR) ou de resposta ao impulso finito (FIR). Este artigo descreve a construção e a resposta de filtros analógicos e digitais, utilizando como exemplo filtros passa alta e rejeita faixa, que são descritos na seção 2. Na seção 3 são presentados resultados obtidos para os filtros analógicos. Na seção 4 são presentados resultados obtidos para os filtros digitais IIR. Na seção 5 são apresentados resultados obtidos para os filtros FIR digitais. Finalmente, na seção 6, as conclusões. 2. Especificação do filtro O filtro projetado é do tipo passa baixa e possui freqüência de corte (Fp) de 10KHz e freqüência de rejeição(fs) de 50KHz. O ganho na banda de passagem é de -3 db e atenuação mínima na freqüência da banda de rejeição é de 60 db. Para esta mesma especificação, visando a comparação de desempenho, foram projetados filtros do tipo IIR e FIR. 3. Filtros IIR O filtro IIR é um tipo de filtro que depende tanto de entradas atuais e de entradas atrasadas como de valores anteriores de saída. Este tipo de filtro digital pode ser instável se ao menos um de seus pólos estiver fora do circulo unitário. Os filtros IIR projetados foram do tipo Butterworth e Elíptico. 3.1 Filtro Butterworth O filtro Butterworth é um tipo de filtro desenvolvido de modo a ter uma resposta em frequência o mais plana possível na banda passante. O filtro Butterworth projetado apresentou ordem mínima igual a quatro, sendo a sua função de transferência apresentada em (1). 1 de 12

Na Figura 1 é possível visualizar os pólos e os zeros deste filtro, também sendo possível confirmar através dela a ordem do mesmo. Figura 1 Diagrama de pólos e zeros do filtro protótipo do tipo Butterworth de ordem 4. Na Figura 2 é apresentada a resposta em magnitude e em fase do filtro. Também é possível ver na mesma que o comportamento típico da fase de um filtro IIR é não linear. Esta não linearidade faz com que o atraso de grupo neste tipo de filtro também seja não linear, como é visto na Figura 3. Figura 2 Resposta em Magnitude e fase do filtro protótipo do tipo Butterworth de ordem 4. 2 de 12

Figura 3 Atraso de grupo do filtro protótipo do tipo Butterworth de ordem 4. Na Figura 4 está a resposta ao impulso deste filtro, sendo possível ver que o filtro para de responder em mais ou menos 300μs. Figura 4 Resposta ao impulso do filtro protótipo do tipo Butterworth de ordem 4. 3.2 Filtro Elíptico Um filtro elíptico é um filtro que apresenta ondulações (ripple) na banda passante e na banda de rejeição. O filtro elíptico projetado apresentou ordem mínima igual a três e sua função de transferência é apresentada em (2). 3 de 12

Na Figura 5 é possível ver o diagrama de pólos e zeros deste filtro, também sendo possível constatar a ordem do mesmo através dela. Na Figura 6 é apresentada a resposta em magnitude e em fase do filtro. Nesta figura é possível notar o comportamento de um filtro elíptico, apresentando ondulações tanto na banda passante como na banda de rejeição. Figura 5 Diagrama de pólos e zeros do filtro protótipo do tipo Elíptico de ordem 3. Figura 6 Resposta em magnitude e fase do filtro protótipo do tipo Elíptico de ordem 3. 4 de 12

Na Figura 7 é apresentada a resposta ao impulso do filtro elíptico projetado, sendo possível ver que o mesmo para de responder em aproximadamente 0,8ms. Na Figura 8 é apresentado o atraso de grupo deste filtro. Figura 7 Resposta ao impulso do filtro protótipo do tipo Elíptico de ordem 3. Figura 8 Atraso de grupo do filtro protótipo do tipo Elíptico de ordem 3. 5 de 12

4. Filtros FIR Um filtro FIR é um tipo de filtro digital caracterizado por uma resposta ao impulso limitada. Este filtro não utiliza realimentação e por este motivo não possui pólos, sendo sempre estável. Os filtros FIR que foram projetados utilizaram janela Blackman, Kaiser e Chebyshev. 4.1 Filtro Janela - Blackman O primeiro filtro FIR projetado utilizou a janela Blackman e apresentou ordem igual a 13. A função de transferência deste filtro é apresentada em (3). (3) Na Figura 9 é mostrado o diagrama de pólos e zeros do filtro projetado. Como é possível ver na figura, os pólos estão todos no centro do gráfico porque em filtros FIR não há realimentação de saídas, são utilizadas somente as entradas. Desta forma, em filtros FIR existem somente zeros, os pólos são zerados. Figura 9 Diagrama de pólos e zeros do filtro protótipo do tipo Janela - Blackman de ordem 13. Na Figura 10 pode-se ver a resposta em fase e a magnitude do filtro FIR com janela Blackman, sendo possível visualizar através da mesma que em filtros FIR a fase é sempre linear na banda de passagem. Em decorrência da fase linear, filtros FIR apresentam atraso de grupo constante, como mostrado na Figura 11. 6 de 12

Figura 10 Resposta em magnitude e fase do filtro protótipo do tipo Janela - Blackman de ordem 13. Figura 11 Atraso de grupo do filtro protótipo do tipo Janela - Blackman de ordem 13. Na Figura 12 é mostrada a resposta ao impulso do filtro. Nesta figura é possível notar que o filtro projetado apresenta simetria ímpar e que a ordem do filtro é um número ímpar, pois não há uma amostra em seu centro de simetria. 7 de 12

Figura 12 Resposta ao impulso do filtro protótipo do tipo Janela - Blackman de ordem 13. 4.2 Filtro Janela Kaiser O segundo filtro FIR projetado utilizou a janela Kaiser e apresentou ordem igual a 12. A função de transferência deste filtro é apresentada em (4). Na Figura 13 é apresentado o diagrama de pólos e zeros do filtro e na Figura 14 e mostrada a resposta em magnitude e fase do mesmo. (4) Figura 13 Diagrama de pólos e zeros do filtro protótipo do tipo Janela - Kaiser de ordem 12. 8 de 12

Na Figura 15 é mostrada a resposta ao impulso do filtro. Nesta figura é possível notar que o filtro projetado apresenta simetria par e que a ordem do filtro é um número par, pois há uma amostra em seu centro de simetria. Na Figura 16 é possível ver o atraso de grupo do filtro projetado. Figura 14 Resposta em magnitude e fase do filtro protótipo do tipo Janela Kaiser de ordem 12. Figura 15 Resposta ao impulso do filtro protótipo do tipo Janela - Kaiser de ordem 12. 9 de 12

Figura 16 Atraso de grupo do filtro protótipo do tipo Janela - Kaiser de ordem 12. 4.2 Filtro Janela - Chebyshev O terceiro filtro FIR projetado utilizou a janela Chebyshev e apresentou ordem igual a 9. A função de transferência deste filtro é apresentada em (5). Na Figura 17 é apresentado o diagrama de pólos e zeros do filtro FIR utilizando janela Chebyshev na Figura 18 é possível ver como é a resposta em magnitude e fase do mesmo. (5) Figura 17 Diagrama de pólos e zeros do filtro protótipo do tipo Janela - Chebyshev de ordem 9. 10 de 12

Na Figura 12 é mostrada a resposta ao impulso do filtro. Nesta figura é possível notar que o filtro projetado apresenta simetria ímpar e que a ordem do mesmo é um número ímpar, pois não há uma amostra em seu centro de simetria. Na Figura 20 é apresentado o atraso de grupo deste filtro. Figura 18 Resposta em magnitude e fase do filtro protótipo do tipo Janela Chebyshev de ordem 9. Figura 19 Resposta ao impulso do filtro protótipo do tipo Janela - Chebyshev de ordem 9. 11 de 12

4. Conclusão Figura 20 Atraso de grupo do filtro protótipo do tipo Janela - Chebyshev de ordem 9. Como mostra a figura 21, todos os protótipos apresentados atenderam as especificações do projeto. Porém há vários aspectos a serem analisados que podem influenciar na escolha de um filtro dependendo da aplicação desejada. Em relação à estabilidade, todos eles são estáveis, mas filtro do tipo IIR podem se tornarem instáveis quando os seus pólos estão em cima do círculo unitário e algum arredondamento pode deslocar este valor para fora do círculo. Em relação ao atraso de grupo, os filtros IIR não possuem atraso constante. Os filtros FIR possuem atraso constante. Tal característica é garantida pela fase linear dos filtros FIR entre a banda de passagem e a banda de rejeição. De forma geral os filtros IIR são mais fáceis de serem projetados e possuem ordem mais baixa. Os filtros FIR são mais complexos no projeto e possuem ordem maior, mas uma grande vantagem é o atraso de grupo constante. Figura 21 Resposta em magnitude dos filtros protótipos apresentados neste artigo. 12 de 12