3-3 Calcul des filtres RII

1. 3-3 Calcul des filtres RII • Méthodologies de calcul des filtres RII Ressemblance avec les filtres analogiques (Equation différentielle et fonction de transfert) Filtres analogiques Filtres numériques RII Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

2. Filtres de Butterworth Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

3. Filtres de Chebyshev Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

4. Calcul des filtres RII • Différentes approches de la synthèse des filtres numériques RII • 1)Approximation dans le plan des z et synthèse du filtre discret • Méthodes d’optimisation par ordinateur (Decsky, Remez...) Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

5. Calcul des filtres RII 2) Approximation dans le plan de Laplace et synthèse du filtre discret G(p) G(z) ! Réponse en fréquence conforme au gabarit initial Problèmes de repliement de spectre dû à l’échantillonnage Filtre numérique stable Méthodes • transformation bilinéaire • invariant impulsionnel • équivalence de la dérivation ou de l'intégration Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

6. Calcul des filtres RII 3)Approximation et synthèse dans le domaine analogique Transformation du circuit analogique en un filtre numérique par simulation des éléments (L,C) Filtre d’ondes 4) Autres méthodes Transposition passe-bas passe-bas passe-haut passe-bande coupe-bande Exemple: Passe-bas passe-haut Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

7. Im(z) Im(s) 6 Fe p 4 Fe p f=0 f=1 2 Fe p Re(s) 0 Re(z) 1 -2 Fe p -4 Fe p -6 Fe p Plan des Z Plan de Laplace Synthése des filtres RII par transformation bilinéaire • Transformation du plan de Laplace (H(p)) vers le plan des Z (H(z)) • Préserver la réponse en fréquence • Préserver la stabilité du filtre • Eviter les problèmes de repliement de spectre • Pas de solution idéale Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

8. Transformation bilinéaire • H(p) H(z) • p = 0 z = 1 • p = jw = jK tan(f/2) z = exp(jf) • Axe imaginaire du plan de Laplace • cercle unité dans le plan des Z • p = ± j ¥ z = -1 • Axe imaginaire complet • 1 tour du cercle unité • p= - K z = 0 • p = K z = ¥ • Reel(p) < 0 |z|<1 • Partie gauche du plan de Laplace • Intérieur du cercle unité • Stabilité du filtre préservée Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

9. f=0 wd=0 f=0 f=Fe=1/2T wd=p/T f=p f f=Fe=1/T wd=2p/T f=2p Transformation bilinéaire • p = jwa= jK tan(f/2) z = exp(jf) Pulsation «discréte» Pulsation analogique Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

10. Transformation bilinéaire • On choisit généralement K=2/T pour avoir wd » wa (artan(x) » x) si wd<< 2p/T (pulsation d’échantillonnage) • Equations de la transformation bilinéaire Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

11. Transformation bilinéaire • Passage de la pulsation analogique à la pulsation numérique p Twd Twa Déformation de l’axe des fréquences Correction avant calcul du filtre analogique Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

12. Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

13. Atténuation en dB 40 3 2 15 Fréquence (kHz) Application • Calcul d’un filtre numérique passe-bas Choix de la fréquence d’échantillonnage Fe=50 kHz, T= 2 10-5s Objectif: trouver H(p) filtre analogique tel que après transformation bilinéaire, la réponse en fréquence de H(z) respecte le gabarit. Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

14. Atténuation en dB 40 3 2,0106 21,906 Fréquence (kHz) Application • Comme la transformation bilinéaire déforme l’axe des fréquences il faut pré-déformer le gabarit pour fd = 2 kHz et 15 kHz, avec wd=2 p fd on trouve fa = 2,0106 kHz et 21,906 kHz Nouveau gabarit «analogique» Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

15. Application } Butterworth ordre 2 (par exemple) • Abaques • Matlab • Calcul • 1 décade 40 dB : ordre 2 s : variable de Laplace normalisée p/w0 • Réponse en fréquence pour s = jW 0.1 W 10 1 -3dB -40 dB 20 log10( |H(jW)| ) Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

16. Application • Sur le gabarit initial, à 3dB w0= 2 p 2010,6 = 12633 rd/s Dénormalisation H(s) avec s = p/w0 Application de la transformation bilinéaire T = 1/Fe = 2 10-5s Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

17. Application • Réponse en fréquence de H(z) z = exp(j2pf/Fe), tracé de H(j2pf/Fe) dB Fe Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

18. Application Tracé en échelle log Fe/2 Module -40db/dec Phase Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

19. Fonctions du 2nd ordreet transformation bilinéaire • Fonction normalisée d’ordre 2 analogique • Q: facteur de surtension • Pulsation de résonance » 1 • transformation bilinéaire Pour éviter la déformation de la transformation bilinéaire: T<<1 ! Pôle z = 1 Instable Problème de la précision de codage des coefficients Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE

20. Fonctions du 2nd ordreet transformation bilinéaire • Exemple Q=1 T=0.01 Calcul exact Calcul approché : Filtre instable 0,0025% d’erreur sur les coefficients = instable ! Codage des coefficients sur plus de 16 bits Traitement du Sigal - 3TC Transparents C. Odet, Prof. GE