Wat is IIR-filter?

Digitaal filter dat vroegere uitgangswaarden terugkoppelt naar de ingangskant en waarvan de impulsrespons eindeloos doorloopt (filter met oneindige impulsrespons). Het wordt berekend met een differentievergelijking zoals y[n] = 0,2x[n] + 0,8y[n − 1] (exponentiële afvlakking), en de overdrachtsfunctie heeft een noemer. Het bereikt een steile karakteristiek met weinig coëfficiënten, weinig rekenwerk en een kleine vertraging, maar de fase is niet lineair. Het wordt instabiel als niet alle polen binnen de eenheidscirkel liggen, en filters van hoge orde zijn gevoelig voor kwantisatie van de coëfficiënten, dus ze worden vaak geïmplementeerd als een cascade van secties van de tweede orde (biquads). Een gangbare methode is het ontwerp uit een analoog filter met de bilineaire transformatie.

Japanse benaming: IIRフィルタ

“IIR-filter” komt voor in 4 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. Basis van digitale signaalverwerking.

Vakgebied: Basis van digitale signaalverwerking

Nu oefenen: vragen over IIR-filter

Welke combinatie van de versterkingen bij DC en bij de nyquistfrequentie is juist voor het eerste-orde-IIR-laagdoorlaatfilter dat wordt gegeven door de exponentiële afvlakking y[n] = 0,2x[n] + 0,8y[n − 1]?

  1. A1 bij DC en 0 bij de nyquistfrequentie
  2. B5 bij DC en ongeveer 0,56 bij de nyquistfrequentie
  3. C1 bij DC en ongeveer 0,11 bij de nyquistfrequentie
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. 1 bij DC en ongeveer 0,11 bij de nyquistfrequentie

De overdrachtsfunctie is H(z) = 0,2/(1 − 0,8z⁻¹); bij DC (z = 1) is de versterking 0,2/(1 − 0,8) = 1, en bij de nyquistfrequentie (z = −1) is ze 0,2/(1 + 0,8) = 1/9 ≈ 0,11 (ongeveer −19 dB). De nieuwe ingangswaarde krijgt het gewicht 0,2 en de vorige uitgangswaarde het gewicht 0,8; de gewichten tellen op tot 1, dus een constante ingang komt ongewijzigd door. Alleen de vorige uitgangswaarde onthouden geeft al een gemiddelde van vroegere ingangswaarden met exponentieel afnemende gewichten. De pool bij z = 0,8 ligt binnen de eenheidscirkel, dus het filter is stabiel, en hoe dichter de terugkoppelcoëfficiënt bij 1 ligt, hoe sterker de afvlakking en hoe trager de respons.

Welke voorzorg is juist bij het implementeren van een IIR-filter van hoge orde in vaste komma met coëfficiënten van beperkte bitbreedte?

  1. ADe polen van een IIR-filter worden niet beïnvloed door de kwantisatie van de coëfficiënten, dus de bitbreedte van de coëfficiënten hoeft alleen te worden gekozen voor de nauwkeurigheid van de versterking in de doorlaatband
  2. BNet als een FIR-filter blijft het na kwantisatie van de coëfficiënten altijd stabiel, dus ook bij hoge orde kan het het best als één enkele differentievergelijking worden geïmplementeerd
  3. CAls de noemer van hoge orde als één uitdrukking wordt geïmplementeerd, kunnen fouten in de coëfficiënten de polen verschuiven en het filter instabiel maken, dus het wordt opgesplitst in een cascade van secties van de tweede orde
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Als de noemer van hoge orde als één uitdrukking wordt geïmplementeerd, kunnen fouten in de coëfficiënten de polen verschuiven en het filter instabiel maken, dus het wordt opgesplitst in een cascade van secties van de tweede orde

De wortels (polen) van een polynoom van hoge orde zijn gevoelig voor minieme veranderingen van de coëfficiënten; vooral bij steile filters waarvan de polen dicht bij de eenheidscirkel liggen, kan alleen al het afronden van de coëfficiënten een pool buiten de eenheidscirkel duwen. Door het filter op te splitsen in secties van de tweede orde (biquads), die elk twee polen voor hun rekening nemen, en die in cascade te schakelen, beïnvloeden de coëfficiëntfouten van een sectie de andere polen niet, wat het filter robuust maakt tegen kwantisatie. Een FIR-filter blijft na kwantisatie van de coëfficiënten stabiel, al verandert de frequentierespons wel.

“IIR-filter” in de toelichting

Vragen met “IIR-filter” (4)

  1. Welke combinatie van de versterkingen bij DC en bij de nyquistfrequentie is juist voor het eerste-orde-IIR-laagdoorlaatfilter dat wordt gegeven door de exponentiële afvlakking y[n] = 0,2x[n] + 0,8y[n − 1]?
  2. Welke voorzorg is juist bij het implementeren van een IIR-filter van hoge orde in vaste komma met coëfficiënten van beperkte bitbreedte?
  3. Op het systeem dat wordt beschreven door de differentievergelijking y[n] = x[n] + 0,5y[n − 1] wordt vanaf n = 0 een eenheidsstap (x[n] = 1 voor n ≥ 0) aangeboden. Wat is y[2] als y[−1] = 0?
  4. Wat is een kenmerk van een FIR-filter (filter met eindige impulsrespons)?

Verwante termen

FIR-filter Impulsrespons Nyquistfrequentie Vaste komma (fixed-point) Differentievergelijking Lineaire fase Convolutie Decimatie Discrete fouriertransformatie Frequentieresolutie

Naar de woordenlijst