דע הכל על מסנני FIR בעיבוד אותות דיגיטליים

בעיבוד אותות דיגיטליים, FIR הוא מסנן שתגובת הדחף שלו היא של תקופה סופית, וכתוצאה מכך הוא מסתכם באפס בזמן סופי. זה לרוב בהבחנה למסנני IIR, שיכולים לקבל משוב פנימי ועדיין יגיבו ללא הגבלת זמן. תגובת הדחף של מסנן FIR זמן נפרד מסדר Nth לוקחת מדגמי N + 1 במדויק לפני שהוא מתייצב לאפס. מסנני FIR הם סוג המסננים הפופולרי ביותר מבוצע בתוכנה ומסננים אלה יכולים להיות זמן רצוף, אנלוגי או דיגיטלי ודידה. סוגים מיוחדים של פילטרי FIR הם: Boxcar, Hilbert Transformer, Differentiator, Lth-Band ו- Raised-Cosine.

מהו מסנן FIR?

המושג FIR הוא 'Finite Impulse Response' והוא אחד משני הסוגים העיקריים של פילטרים דיגיטליים המשמשים ביישומי DSP. מסננים הם מזגני אות ותפקודו של כל פילטר הוא, הוא מאפשר רכיבי AC וחוסם רכיבי DC. הדוגמה הטובה ביותר למסנן היא קו טלפון, המשמש כמסנן. מכיוון שהוא מגביל את התדרים לזעם קטן משמעותית מטווח האנשים שיכולים לשמוע תדרים.

מסנני FIR לעיבוד אותות דיגיטליים

ישנם סוגים שונים של פילטרים, כלומר LPF, HPF, BPF, BSF. LPF מאפשר רק אותות בתדרים נמוכים דרך ה- o / p שלו, ולכן מסנן זה משמש לחיסול תדרים גבוהים. LPF נוח לשליטה בטווח התדרים הגבוה ביותר באות שמע. HPF מנוגד לחלוטין ל- LPF. מכיוון שהוא דוחה רק רכיבי תדר שמתחת לסף כלשהו. הדוגמה הטובה ביותר ל- HPF היא חיתוך כוח החשמל השמע של 60 הרץ, שאותו ניתן לבחור כעל רעש הקשור כמעט לכל אות בארצות הברית.

האלטרנטיבה של מסנן IR היא מסנן DSP שיכול להיות גם IIR. מסנני IIR משתמשים במשוב, כך שכאשר אני i / p דחף ה- o / p באופן תיאורטי מצלצל לנצח. המונחים המשמשים לתיאור מסנני IR הם Tap, Impulse response, MAC (multiply accumulate), קו עיכוב, פס מעבר ומאגר מעגלי.

שיטות עיצוב של מסנן FIR

שיטות העיצוב של פילטר FIR מבוססות על קירוב המסנן האידיאלי. המסנן שלאחר מכן מתקרב למאפיין המושלם מכיוון שסדר המסנן יגדל, ולכן יצירת המסנן והטמעתו מורכבים יותר.

תהליך העיצוב מתחיל בצרכים ובמפרט המסנן FIR. השיטה בה משתמשים בתהליך העיצוב של המסנן תלויה ביישום ובמפרט. ישנם יתרונות וחסרונות רבים בשיטות העיצוב. לפיכך, חשוב מאוד לבחור את השיטה הנכונה לתכנון מסנני FIR. בשל היעילות והפשטות של מסנן FIR, נעשה שימוש בשיטת חלונות לרוב. שיטת תדירות הדגימה האחרת היא גם מאוד פשוטה לשימוש, אך ישנה הנחתה קטנה בפס הכביש.

מבנה לוגי של מסנן FIR

מסנן FIR משמש ליישום כמעט כל סוג של תגובת תדרים דיגיטלית. בדרך כלל פילטרים אלה מתוכננים עם מכפיל, מוסיפים וסדרת עיכובים ליצירת פלט המסנן. האיור הבא מציג את תרשים המסננים הבסיסי של FIR באורך N. התוצאה של עיכובים פועלת על דגימות קלט. הערכים של hk הם המקדמים המשמשים לכפל. כך שה o / p בכל פעם וזה סיכום כל הדגימות המעוכבות כפול המקדמים המתאימים.

מבנה לוגי של מסנן FIR

ה ניתן להגדיר עיצוב מסנן כמו, זהו תהליך בחירת אורך ומקדמי המסנן. הכוונה היא להגדיר את הפרמטרים כך שהפרמטרים הנדרשים כמו פס עצירה ורצועת מעבר יעניקו את התוצאה מהפעלת המסנן. רוב המהנדסים משתמשים בתוכנת MATLAB לעיצוב המסנן.

בדרך כלל, מסננים מוגדרים על ידי התגובות שלהם לתדר הנפרד רכיבים שנמצאו אות ה- i / p התגובות של המסננים מסווגות לשלושה סוגים בהתבסס על תדרים כגון פס עצירה, פס מעבר ורצועת מעבר. התגובה של פס המעבר היא השפעת המסנן על רכיבי תדר שמועברים דרך בעיקר לא מושפעים.

התדרים בפס הפס של המסנן מופחתים, לפי ההבדל. רצועת המעבר מסמנת את התדרים באמצע, אשר עשויים לקבל הפחתה מסוימת, אך אינם מנותקים לחלוטין מאות ה- o / p.

תגובת תדרים של מסנן FIR

עלילת תגובת התדר של המסנן מוצגת למטה, כאשר ωp הוא תדר הסיום של פס העובר, ωs הוא תדר ההתחלה של פס הפס, כמו גם כמות ההנחתה בפס הפס. תדרים b / n ωp ו- drop יורדים ברצועת המעבר ומופחתים במידה מסוימת פחות. זה מאשר כי המסנן עומד במפרט המועדף כולל רוחב פס, אדווה, אורך המסנן ומקדמים. ככל שהמסנן ארוך יותר, ניתן לכוון את התגובה בצורה דקה יותר. עם אורך N ומקדמים, צף h [N] = {…………}, שהוחלט עליהם, יישום המסנן FIR פשוט למדי.

תגובת תדרים של מסנן FIR

Z שינוי של מסנן FIR הוא

עבור מסנן FIR עם ברז N עם מקדם h (k), אז ה- o / p מוגדר כ-
y (n) = h (0) x (n) + h (1) x (n-1) + h (2) x (n-2) + ……… h (N-1) x (nN-1 )

טרנספורמציית Z של המסנן היא
H (z) = h (0) z-0 + h (1) z-1 + h (2) z-2 + ……… h (N-1) z- (N-1) או

פונקציית העברה של מסנן FIR

נוסחת תגובת התדירות למסנן FIR

רווח DC של מסנן FIR הוא

היישומים של מסנני FIR כרוכים בעיקר בתקשורת דיגיטלית בשלבי התדרים הבינוניים של המקלט. למשל, רדיו דיגיטלי מקבל ו ממיר את האות האנלוגי לתדר הביניים ואז ממיר אותו לדיגיטלי באמצעות ממיר דיגיטלי לאנלוגי. לאחר מכן השתמש בתגובת הדחף הסופית כדי לבחור את התדר המועדף. הוא משמש ברדיו תוכנה המאפשר פילטרים הניתנים להתאמה בקלות עם דחייה טובה וללא שינוי חומרה.

לפיכך, הכל על מסנן FIR, תכנון מסנני FIR, מבנה לוגי ותגובת תדרים של מסנני FIR. אנו מקווים שיש לך הבנה טובה יותר של מושג זה. יתר על כן, כל שאלה לגבי נושא זה ויישומים, אנא הוסף את הצעותיך והערותיך בסעיף ההערות למטה. הנה שאלה עבורך, מה ההבדל בין FIR ו- IIR filter.