Сравнительная оценка цифровых и аналоговых линейных фильтров

Особенности построения цифровых фильтров.

Так как цифровой фильтр отличается от дискретного лишь способом представления отсчетов (в аналоговой или цифровой форме), то полученные ранее структурные схемы дискретных фильтров могут быть использованы и для цифровых фильтров (ЦФ), однако эти схемы будут являться условными, так как характеризуют лишь алгоритмы работы фильтров.

Реализация ЦФ может быть осуществлена двумя способами:

1) программный способ, когда алгоритм фильтрации реализуется в виде программы цифровой вычислительной машины.

Этот способ удобен при математическом моделировании фильтра на этапе полученных исследований или проектирования.

При технической реализации конкретного фильтра, работающего в полном масштабе времени, этот способ неэффективен (либо он дорог, либо не хватает быстродействия);

2) схемный способ, когда ЦФ реализуется в виде специального вычислителя или процессора.

Такой вариант предполагает использование стандартных элементов цифровой техники, обладающей высокой надежностью, быстродействием, малыми габаритами и массой.

ЦФ имеют ряд преимуществ перед аналоговыми:

- они не имеют реактивных элементов, поэтому нет проблем с точностью их изготовления и их стабильностью;

- характеристики ЦФ прогнозируются и реализуются с высокой точностью, так как зависят в основном от стабильности тактовой частоты, которая вырабатывается в высокостабильном кварцевом генераторе. Отсюда получение высокой добротности и чрезвычайно большой постоянной времени. Последняя особенно важна на сверхнизких частотах, где реализация аналоговых фильтров невозможна;

- характеристики цифрового фильтра легко изменяются в широких пределах путем изменения тактовой частоты;

- в цифровом фильтре возможно получение линейной ФЧХ;

- нет проблем согласования нагрузки;

- отсутствует дрейф нуля;

- ЦФ реализуется на стандартных элементах цифровой техники, причем несколько фильтров могут обслуживаться одним тактовым генератором, одним управляющим устройством и одним арифметическим блоком.

Отсюда высокая надежность, стабильность, малые габариты, вес. 1

В то же время ЦФ присуще характерные ошибки и погрешности, которые надо учитывать при проектировании и разработке:

- ошибки при временной дискретизации и восстановлении аналогового сигнала, о которых говорили ранее;

- ошибки, возникающие при амплитудном квантовании отсчетов воздействия и отсчетов импульсной характеристики, что объясняется ограниченной разрядностью АЦП (10-12 разрядов);

- ошибки округления, возникающие при перемножении многоразрядных чисел;

- ошибки, связанные с цифро-аналоговыми преобразованиями отсчетов отелика.