ΨΗΦΙΑΚΑ ΦΙΛΤΡΑ - ΓΕΝΙΚΑ
Η εμφάνιση των ψηφιακών φίλτρων άρχισε στα μέσα της δεκαετίας του 60, όταν οι ψηφιακοί υπολογιστές έγιναν προσιτοί για σοβαρή ερευνητική εργασία. Ο μετασχηματισμός όμως z που είναι το βασικό εργαλείο των ψηφιακών φίλτρων ήταν γνωστός αρκετά χρόνια πριν.
Τα ψηφιακά φίλτρα κάνουν την ίδια δουλειά που κάνουν και τα αναλογικά, με τη διαφορά ότι η αναλογική προσέγγιση, σε μερικές περιπτώσεις είναι δύσκολο ή ακατόρθωτο να πραγματοποιηθεί.
Η χρήση των ψηφιακών φίλτρων έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως τέλεια αναπαραγωγή, εγγυημένη στάθμη λειτουργία, ευκολία στην αλλαγή των χαρακτηριστικών του φίλτρου, καθώς και δυνατότητα μοιρασμού χρόνου των ίδιων ψηφιακών κυκλωμάτων μεταξύ πολλών φίλτρων. Το τελευταίο και το πιο σπουδαίο πλεονέκτημα είναι η δημιουργία ψηφιακών φίλτρων σε ολοκληρωμένο κύκλωμα.
Ψηφιακό φίλτρο είναι ένα σύστημα το οποίο δέχεται στην είσοδό του μια ακολουθία αριθμών, την επεξεργάζεται και δημιουργεί στην έξοδό του μία άλλη ακολουθία. Συνεπώς, ο σκοπός του ψηφιακού φίλτρου είναι ο ίδιος με του αναλογικού, δηλ. η μορφοποίηση του φάσματος εισόδου. Η φυσική, όμως, πραγματοποίηση του ψηφιακού φίλτρου είναι διαφορετική από εκείνη του αναλογικού.
Η θεωρία των γραμμικών συνεχών φίλτρων (αναλογικά) βασίζεται στις γραμμικές διαφορικές εξισώσεις, ενώ η θεωρία των ψηφιακών φίλτρων βασίζεται στη θεωρία των γραμμικών εξισώσεων διαφορών.
Η θεωρία των γραμμικών ψηφιακών φίλτρων βασίζεται στις γραμμικές εξισώσεις διαφορών με σταθερούς συντελεστές. Οι εξισώσεις αυτές λύνονται με τη βοήθεια του μετασχηματισμού z, ενώ οι γραμμικές διαφορικές εξισώσεις με σταθερούς συντελεστές, λύνονται με το μετασχηματισμό Laplace.
Τα ψηφιακά φίλτρα εφαρμόζονται σ΄ ένα μεγάλο και αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών σε σχέση με τα αναλογικά φίλτρα, όπως π.χ. σε όλα τα θέματα ανάλυσης και επεξεργασίας σημάτων. Τα σήματα αυτά είναι πεπερασμένα, μικρής διάρκειας, π.χ. καταγραφής σεισμών, παλιρροιών, κυμάτων, θερμικής μελέτης κτιρίων, μελέτης κυκλικής οικονομικής ανάλυσης, στην ιατρική, κ.α.
Τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα των ψηφιακών φίλτρων πραγματικού χρόνου, ως προς τα αναλογικά, είναι τα εξής:
1. Πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια.
2. Μικρότερο μέγεθος επειδή πραγματοποιούνται με ολοκληρωμένα κυκλώματα.
3. Πολύ σταθερή λειτουργία.
4. Δεν υπάρχει το πρόβλημα της προσαρμογής αντιστάσεων.
5. Δεν υφίσταται περιορισμός της θέσης των κρίσιμων συχνοτήτων του φίλτρου.
6. Μεγάλη ευελιξία, επειδή μπορούμε να αλλάξουμε την καμπύλη απόκρισης του φίλτρου με την αλλαγή των κατάλληλων συντελεστών.
7. Δυνατότητα μοιρασμού χρόνου (time-sharing) με μεγαλύτερα τμήματα του συστήματος.
8. Είναι πολύ οικονομικά, ειδικά στην περίπτωση φίλτρων πολύ χαμηλής συχνότητας διέλευσης (0.01-1Hz).
Τα πλεονεκτήματα αυτά μαζί με την τεχνολογία της ολοκλήρωσης ευρείας κλίμακας (Large Scale Integration-LSI) κάνουν τη χρήση των ψηφιακών φίλτρων τελείως καθημερινή, μέχρι σημείου να εκτοπίσουν τελείως τα αναλογικά φίλτρα, όπως έγινε με την εκτόπιση των λυχνιών από τα τρανζίστορ. Ήδη σήμερα υπάρχει σε ολοκληρωμένο κύκλωμα ψηφιακό φίλτρο 2-ου βαθμού από διάφορες εταιρίες.
Δείτε επίσης:
