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Filtri digitali - 1

Filtri digitali

Questo articolo introdurrà la tecnologia dei FIR (Finite Impulse Response).

Filtraggio digitale

Il filtraggio digitale è uno dei più potenti strumenti del DSP. Le caratteristiche di un filtro digitale possono essere semplicemente cambiate sotto il controllo del software. Sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni di filtraggio adattivo in comunicazioni come: l'annullamento di eco in modem, la cancellazione del rumore, e il riconoscimento vocale. I filtri digitali non sono la risposta a tutte le esigenze del filtraggio dell'elaborazione del segnale. Per mantenere l'operazione real-time, il processore DSP deve essere in grado di eseguire tutti i passaggi della filter routine entro un solo clock period, l/fs.

Filtraggio Digitale vs Filtraggio Analogico

Il filtraggio analogico attivo non è possibile a frequenze estremamente elevate a causa della larghezza di banda dell'op amp, delle limitazioni di distorsione e i requisiti del filtraggio devono essere soddisfatti con dei componenti passivi.

Risposta in frequenza - Confronto

Come esempio, si considera il confronto tra un filtro analogico ed uno digitale. La frequenza taglio dei due filtri è 1kHz. Il filtro analogico è realizzato come un filtro 6-pole Chebyshev Type 1. In pratica, questo filtro probabilmente verrà realizzato usando tre fasi a due poli, ciascuno dei quali richiede un op amp e varie resistenze e condensatori. Il progetto a 6 poli non è certo banale e mantenendo la specifica di 0.5dB richiede un'accurata selezione dei componenti. D'altra parte, il filtro digitale FIR ha solo 0.002dB ondulazione in banda passante, fase lineare. In realtà, non poteva essere realizzato con tecniche analogiche! In una applicazione pratica, ci sono molti altri fattori da considerare quando si valutano i filtri analogici rispetto ai digitali. La maggior parte dei sistemi di elaborazione dei segnali usano una combinazione di tecniche analogiche e digitali per compiere la funzione desiderata e sfruttare il meglio di entrambi i filtri del mondo analogico e digitale.

Requisiti dell'elaborazione

Ci sono tante applicazioni in cui i filtri digitali devono lavorare in real time. Questo pone specifici obblighi sui DSP a seconda della frequenza di campionamento e la complessità del filtro. Il punto chiave è che il DSP deve finire tutte i calcoli durante il periodo di sampling. Si supponga che la banda del segnale analogico da lavorare sia ‘F’ ‘A’ (questo significa che fs deve essere almeno 2fa). Il periodo di sampling è di 1/fs. Tutti i calcoli del filtro del DSP (compreso overhead) devono essere completati durante questo intervallo. Il tempo di calcolo dipende dal numero di campioni nel filtro e dalla velocità e dall'efficienza del DSP. Ogni campione sul filtro richiede una moltiplicazione e una addizione (multiply-accumulate). I DSP sono generalmente ottimizzati per eseguire rapidamente multiply-accumulate e tanti DSP hanno caratteristiche aggiuntive come ad esempio buffering circolare.

Tipi di filtraggio digitale

Esistono due tipi fondamentali di filtri digitali: FIR (risposta all'impulso finito - finite impulse response) e IIR (risposta all'impulso infinito - infinite impulse response). Come suggerisce la terminologia, queste classificazioni si riferiscono alla risposta all'impulso del filtro. I filtri FIR possono aggiungere livelli di performance irraggiungibili con le tecniche del filtro analogico. I filtri IIR tendono a simulare performance dei filtri analogici tradizionali. La loro risposta all'impulso si estende su un periodo di tempo infinito. I filtri IIR possono essere implementati con un minor numero di coefficienti che i filtri FIR.

 

 

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