1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

xu ly so tin hieu chuong 6

28 3 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

 Các dạng tương đương toán học của hàm truyền có thể dẫn đến các phương trình sai phân I/O khác nhau và các sơ đồ khối khác nhau cùng thuật toán xử lý mẫu tương ứng. Ví dụ: Với hàm t[r]

(1)

Xử lý số tín hiệu

(2)

1 Các dạng mô tả tương đương bộ lọc số

Hàm truyền H(z)

Phương trình chập vào/ra Đáp ứng

xung h(n)

Phương trình sai phân I/O

Sơ đồ cực/zero

Đáp ứng tần số H(ω)

Thực sơ đồ khối

Xử lý khối

Xử lý mẫu PP thiết kế

bộ lọc Các tiêu

(3)

Ví dụ: xét hàm truyền sau:

 Từ H(z) suy được:

1 Đáp ứng xung h(n)

2 Phương trình sai phân I/O thỏa h(n) Phương trình chập I/O

4 Thực sơ đồ khối Sơ đồ cực/ zero

6 Đáp ứng tần số H(ω)

2 Các hàm truyền

1

8 . 0 1

2 5

)

( 

 

 

z z z

(4)

 Các dạng tương đương tốn học hàm truyền dẫn đến phương trình sai phân I/O khác sơ đồ khối khác thuật toán xử lý mẫu tương ứng

Ví dụ: Với hàm truyền Có thể viết dạng:

a Dạng

b Dạng

2 Các hàm truyền

1 8 . 0 1 2 5 ) (      z z z H 1 8 . 0 1 5 . 7 5 . 2 8 . 0 1 2 5 ) (           z z z z H ) ( ) 2 5 ( 8 . 0 1 2 5 )

( 1

(5)

3 Đáp ứng hình sine

A. Đáp ứng trạng thái ổn định

- Tín hiệu vào: sine phức, tần số ω0, dài vơ hạn

- Ngõ xác định cách:

(1) Chập miền thời gian

(2) Phương pháp miền tần số

Phổ tín hiệu vào:

X() = 2( - 0) + (các phiên bản) n

j

e n

x( )  0



 

 

h m x n m H e j n

n

y( ) ( ) ( ) ( )

0

(6)

3 Đáp ứng hình sine

Phổ tín hiệu ra: (phiên thứ nhất)

Y() = H()X() = 2H(0)( - 0)

DTFT ngược:

Tổng quát: H() số phức

 

 

 

 

n j n

j d H e

e Y

n

y ( ) ( )

2 )

( 0

    arg  0

0

H e j H

H

   

0 arg

0

 

j n j H

H n

j H e

e

(7)

3 Đáp ứng hình sine

 Tín hiệu vào gồm tín hiệu sine tần số 1 2 kết hợp

tuyến tính & lọc tuyến tính:

 Tín hiệu vào tổng quát: phân tích Fourier thành

thành phần sine tính ngõ

 

 2 ( arg ( ))

2

)) (

arg (

1

2

2

1

2

 

 

 

 

H n

j

H n

j H

n j n

j

e H

A

e H

A e

A e

A

 

   

(8)

3 Đáp ứng hình sine

 Độ trễ pha (Phase Delay):

 Độ trễ nhóm (Group Delay):

=>

        

 

H H d

d  arg  arg  .

  H  ω

d d

dg arg

 

      

j n d

H n

j H e

e

(9)

3 Đáp ứng hình sine

 Bộ lọc có pha tuyến tính: d()=D (constant)

 pha tuyến tính theo 

 Các thành phần tần số có độ trễ D nhau:

  D

H   

arg

  j (n D)

H n

j H e

e

 

 

(10)

3 Đáp ứng hình sine

B. Đáp ứng độ

 Tín hiệu vào: sine, bắt đầu t=0

với ROC:

 Giả sử lọc có hàm truyền H(z):

  1

0

1

1 )

( )

( 

   

 

z e

z X n

u e

n

x jn Z j

1

0   e j

z

   

  1  1

2

1 1 1

1   

 

 

z p z

p z

p

z N z

H

(11)

3 Đáp ứng hình sine

 Ngõ ra: Y(z) = H(z).X(z)

 Giả sử bậc N(z) nhỏ M+1, khai triển phân số phần:

với ROC: |z|>1

   

   1  1

2

1

1 1 1 1

1       

z p z

p z

p z

e

z N z

Y

M j

    1 1

1 1

0

1 1

1        

z p B z

p B z

e H z

Y

M M

j 

(12)

3 Đáp ứng hình sine

 Biến đổi ngược:

 Giả sử lọc ổn định:

  , n 0

)

(  0  1 1  n

M M

n n

j B p B p

e H

n

y   

  j n

n H e

n

y

0

)

( 

    

M i

pi 1, 1,

M 1, i

,

0 

    n

n i

(13)

3 Đáp ứng hình sine

 Bộ lọc ổn định nghiêm ngặt, hệ số

 Cực có biên độ lớn pI hệ số tương ứng tiến

0 chậm

 Ký hiệu:

 Hằng số thời gian hiệu neff thời gian

với  mức độ nhỏ mong muốn, ví dụ 1%

0

    n

n i

p

i i p

max 

  neff

   

 

   

  

  

1 ln

1 ln ln

ln

eff

(14)

3 Đáp ứng hình sine

 Đáp ứng unit step: tín hiệu vào x(n) = u(n)

Trường hợp đặc biệt với 0 = (z = 1)

H(0) coi đáp ứng DC lọc

Độ lợi DC:

) (

0 u n

e jn

 0 , n 0

)

(nHB1 p1nB2 p2n   BM pMn

y

    

 

0

1 ( )

0

n

z h n

z H H

(15)

3 Đáp ứng hình sine

 Đáp ứng unit step thay đổi: tín hiệu vào x(n) = (-1)nu(n) Trường hợp đặc biệt với 0 =  (z = -1)

Độ lợi AC:

) (

0 u n

e jn

  , n 0

)

(nH e j nB1 p1nB2 p2n   BM pMn

y

    

 

  

0

1 ( 1) ( )

n

n

z h n

z H H

 n n H   n

(16)

3 Đáp ứng hình sine Ví dụ

1 Xác định đáp ứng độ đầy đủ lọc nhân

với tín hiệu vào dạng sine phức, tần số 0, cho

2 Xác định đáp ứng DC AC lọc Tính

số thời gian hiệu neff để đạt đến  = 1%

  1

1

8 . 0 1

2 5

 

  

z z z

(17)

3 Đáp ứng hình sine

 Bộ lọc ổn định dự trữ (marginally stable): có cực nằm

trên vịng trịn đơn vị

- Xét lọc H(z) có cực vòng tròn đơn vị

Bộ lọc có cực liên hợp:

- Giả sử cực khác nằm vòng tròn đơn vị

- Đáp ứng độ

1

1

j

e p

1

*

j

e

p

 

)

(nH 0 e j 0nB1e j 1nB1*ej 1nB2 p2n

y   

  j n j n j n

n H e B e B e

n

y *

1

0

)

(   

 

 

 

(18)

3 Đáp ứng hình sine

 Nếu tạo cộng hưởng ngõ khơng

ổn định Ví dụ:

 Biết:    1

0 e e p

j j        ) ( ) ) ( ( ) ( ) ( ) ( 2 1 ' 1 1 1 2 1                  z p B z p B z p B z p z p z p z N z Y M ) ( ) ( ) ( 1

1 n a u n

az n Z        ) 1 ( )

(  1  1'   2 2 

(19)

4 Thiết kế cực – zero

1. Các lọc bậc nhất

Ví dụ: Thiết kế lọc bậc có hàm truyền dạng

với 0< a,b <1

1

1

)

( )

( 

  

az bz G

z H

-b a

ej

1

0  

|H()|

|H(0)|

(20)

4 Thiết kế cực – zero

Cần phương trình thiết kế để xác định a b

(21)

4 Thiết kế cực – zero

Ví dụ : thiết kế lọc có H()/H(0) = 1/21 neff = 20 mẫu để đạt  = 1%

8 . 0 )

01 . 0

( 1/20

/

 

neff

a

4 . 0 21

1 )

8 . 0 1

)( 1

(

) 8 . 0 1

)( 1

(

 

 

 

b b

b

1 8

0 1

1 4

0 1

 

 

z .

z . G

(22)

4 Thiết kế cực – zero

2 Các cộng hưởng

Thiết kế lọc cộng hưởng bậc hai đơn giản, đáp ứng có đỉnh đơn hẹp tần số 0

1

1/2 |H()|2

(23)

4 Thiết kế cực – zero

- Để tạo đỉnh  = 0, đặt cực , < R < cực liên hợp

0

.e j

R p

0

.

* R e j

p

0 - 0 R

p

p*

1

  

2

1

1

1

) (

0

 

 

 

 

z a z

a

G

z e

R z

e R

G z

H jj

2

0

1 2Rcos , a R

(24)

4 Thiết kế cực – zero

- Đáp ứng tần số:

- Chuẩn hóa lọc:

 0 1

H      0 ) 2 cos( 2 1 ) 1 ( 1 . 1 .

1 0 0

R R R G e e R e e R G

H j j j j

                        

j j j j

e e R e e R G

H   

 

0

0

(25)

4 Thiết kế cực – zero

- Độ rộng 3-dB fullwidth: độ rộng ½ cực đại đáp ứng biên độ bình phương

- Tính theo dB:

- Giải nghiệm 1 2 =>  = 2 - 1

   

2 1 2

1

0

 

H

H

 

  dB

H H

3 2

1 log

10 log

20 10

0

10  

     

(26)

4 Thiết kế cực – zero

- Chứng minh được: p nằm gần

đường tròn (xem sách)

 dùng xác định giá trị R dựa băng thơng  cho trước

Ví dụ: thiết kế lọc cộng hưởng cực, đỉnh f0 = 500Hz độ rộng  = 32kHz, tốc độ lấy mẫu fs = 10kHz

  R

(27)

4 Thiết kế cực – zero

- Phương pháp chung: đặt cặp zero gần cực theo hướng cực,

với

- Hàm truyền:

với .  j e r

a  * .

1  j e r a   1

0 r

  

  

2 1 2 1 1 1 1 1 . 1 . 1 . 1 . 1 ) ( 0 0                     z a z a z b z b z e R z e R z e r z e r z

H j j

(28)

4 Thiết kế cực – zero

0 -0

|H()|2

1

r<R (boost)

r>R (cut)

Ngày đăng: 30/04/2021, 17:19

Xem thêm: