در قلمرو سیستم های پردازش و کنترل سیگنال ، مفهوم فیلترهای BIBO (محدود - ورودی محدود - خروجی) نقش مهمی ایفا می کند. من به عنوان یک تأمین کننده معتبر فیلتر Bibo ، من دست اول شاهد این بودم که چگونه این فیلترها با منابع سر و صدا در سیستم های مختلف تعامل دارند. درک این تعامل برای طراحی سیستمهای کارآمد و قابل اعتماد که می توانند به طور مؤثر سر و صدای ناخواسته را کنترل و کاهش دهند ، ضروری است.
درک فیلترهای بی بی
فیلتر Bibo نوعی فیلتر است که خروجی محدود را برای هر ورودی محدود تضمین می کند. به عبارت دیگر ، اگر سیگنال ورودی به فیلتر با گذشت زمان دامنه محدود داشته باشد ، سیگنال خروجی نیز دامنه محدود خواهد داشت. این ملک در بسیاری از برنامه ها اساسی است ، زیرا ثبات و پیش بینی در پاسخ سیستم را تضمین می کند.
فیلترهای Bibo را می توان به انواع مختلفی از جمله فیلترهای Low - Pass ، High - Pass ، Band - Pass و Band - طبقه بندی کرد. هر نوع ویژگی های پاسخ فرکانس خاص خود را دارد ، که تعیین می کند چگونه اجزای فرکانس مختلف سیگنال ورودی را پردازش می کند. به عنوان مثال ، یک فیلتر پاس کم به سیگنال های فرکانس پایین اجازه می دهد تا در حالی که سیگنال های فرکانس بالا را کاهش می دهند ، از آن عبور کنند. این امر به ویژه در برنامه هایی که می خواهیم نویز فرکانس بالا را از یک سیگنال حذف کنیم ، مفید است.
منابع سر و صدا در یک سیستم
سر و صدا را می توان از منابع مختلف به سیستم معرفی کرد. یک منبع رایج نویز حرارتی است که به عنوان جانسون نیز شناخته می شود - نویز Nyquist. این نوع نویز با حرکت تصادفی الکترون ها در یک هادی به دلیل انرژی حرارتی ایجاد می شود. سر و صدای حرارتی در کلیه اجزای الکترونیکی وجود دارد و دارای طیف فرکانس مسطح است ، به این معنی که در تمام فرکانس ها دارای قدرت برابر است.
منبع دیگر سر و صدا نویز شلیک شده است که در دستگاه های الکترونیکی مانند دیودها و ترانزیستورها رخ می دهد. سر و صدای شات به دلیل ماهیت گسسته حامل های بار (الکترون یا سوراخ) ایجاد می شود و با توزیع پواسون مشخص می شود. در مدارهای بالا - افزایش و کم - برجسته تر است.
تداخل الکترومغناطیسی خارجی (EMI) همچنین می تواند به عنوان منبع سر و صدا عمل کند. EMI را می توان از دستگاه های الکترونیکی مجاور ، خطوط برق یا فرستنده های رادیویی تابش کرد. این نوع نویز می تواند یا باند باریک باشد (بر دامنه فرکانس خاص) یا باند گسترده (تأثیر بر طیف فرکانس گسترده).
تعامل بین فیلترهای بی بی و منابع سر و صدا
فرکانس - میرایی انتخابی
یکی از راه های اصلی تعامل یک فیلتر Bibo با منابع نویز از طریق فرکانس - میرایی انتخابی است. به عنوان مثال ، اگر سیگنال آلوده به سر و صدای فرکانس بالا داشته باشیم ، می توان از یک فیلتر بیبوی پاس کم برای کاهش اجزای فرکانس بالا سر و صدا استفاده کرد در حالی که اجازه می دهد اجزای فرکانس کم سیگنال مورد نظر از آن عبور کند.
بیایید سناریویی را در نظر بگیریم که در آن با یک سیگنال سنسور که با نویز فرکانس بالا از یک منبع الکترومغناطیسی خارجی خراب می شود ، برخورد می کنیم. با انتخاب یک فیلتر بیبوی کم عبور با فرکانس برش مناسب ، می توانیم به طور موثری سطح نویز را در سیگنال خروجی کاهش دهیم. فرکانس برش فیلتر بر اساس محتوای فرکانس سیگنال مورد نظر و نویز انتخاب می شود. اگر سیگنال مورد نظر دارای پهنای باند حداکثر 1 کیلوهرتز باشد و سر و صدای آن عمدتاً بالاتر از 10 کیلوهرتز باشد ، می توان از یک فیلتر کم عبور با فرکانس برش در حدود 1 کیلوهرتز استفاده کرد تا نویز فرکانس بالا را از بین ببرد.
تغییر فاز و تأخیر گروه
علاوه بر فرکانس - میرایی انتخابی ، فیلترهای BIBO همچنین می توانند تغییر فاز و تأخیر گروهی در سیگنال را معرفی کنند. تغییر فاز تغییر در فاز سیگنال است که از طریق فیلتر عبور می کند ، در حالی که تأخیر گروه تأخیر زمانی است که توسط اجزای فرکانس مختلف سیگنال تجربه می شود.
هنگام برخورد با منابع نویز ، تغییر فاز و تأخیر گروهی که توسط فیلتر معرفی می شود می تواند اثرات مثبت و منفی داشته باشد. از یک طرف ، تغییر فاز می تواند باعث اعوجاج در سیگنال شود ، به خصوص اگر فیلتر پاسخ فاز غیر خطی داشته باشد. این می تواند در برنامه های کاربردی باشد که رابطه فاز بین اجزای فرکانس مختلف سیگنال مهم باشد ، مانند پردازش صوتی و تصویری.
از طرف دیگر ، در برخی موارد می توان از تأخیر گروه به نفع ما استفاده کرد. به عنوان مثال ، در یک سیستم ارتباطی ، می توان از یک فیلتر با پاسخ فاز خطی استفاده کرد تا اطمینان حاصل شود که تمام اجزای فرکانس سیگنال در همان زمان تاخیر را تجربه می کنند. این به حفظ یکپارچگی سیگنال و کاهش تحریف ناشی از فیلتر کمک می کند.
سفارش فیلتر و کاهش نویز
ترتیب یک فیلتر Bibo همچنین نقش مهمی در تعامل آن با منابع سر و صدا دارد. فیلترهای سفارش بالاتر به طور کلی ویژگی های رول تندتر را ارائه می دهند ، به این معنی که آنها می توانند اجزای فرکانس ناخواسته را به طور مؤثر کاهش دهند.
به عنوان مثال ، یک فیلتر پاس کم به ترتیب دوم ، دارای نرخ رول 12 دسی بل در هر اکتاو است ، در حالی که یک فیلتر پاس کم - مرتبه چهارم - دارای نرخ خاموش 24 دسی بل در هر اکتاو است. این بدان معنی است که فیلتر مرتبه چهارم می تواند سر و صدای فرکانس بالا را با سرعت بیشتری در مقایسه با فیلتر مرتبه دوم کاهش دهد. با این حال ، فیلترهای مرتبه بالاتر نیز پیچیده تر هستند و ممکن است تغییر فاز بیشتر و تأخیر گروهی در سیگنال را معرفی کنند.
کاربردهای فیلترهای BIBO در کاهش نویز
سیستم های صوتی
در سیستم های صوتی ، از فیلترهای Bibo به طور گسترده ای برای از بین بردن نویز و بهبود کیفیت صدا استفاده می شود. به عنوان مثال ، در یک پیش تقویت کننده میکروفون ، می توان از فیلتر کم عبور برای از بین بردن نویز فرکانس بالا مانند HISS و تداخل الکترومغناطیسی استفاده کرد. این به تولید یک سیگنال صوتی پاک کننده و طبیعی تر کمک می کند.
دوش هوای اتاق تمیزسیستم ها همچنین می توانند از فیلترهای بی بی بهره مند شوند. از این سیستم ها برای از بین بردن ذرات از هوا در اتاق های تمیز استفاده می شود. سنسورهای مورد استفاده در این سیستم ها ممکن است تحت تأثیر نویز قرار بگیرند و از فیلترهای BIBO می توان برای بهبود صحت قرائت سنسور استفاده کرد.
دستگاه های پزشکی
دستگاه های پزشکی مانند دستگاه های الکتروکاردیوگرام (ECG) و مانیتورهای فشار خون اغلب از فیلترهای بی بی برای از بین بردن نویز از سیگنال های فیزیولوژیکی استفاده می کنند. به عنوان مثال ، یک سیگنال ECG می تواند با سر و صدای الکتریکی از منبع تغذیه و مصنوعات عضلانی خراب شود. از فیلتر Bibo Band - Pass می توان برای جداسازی دامنه فرکانس سیگنال ECG (به طور معمول بین 0.5 هرتز و 100 هرتز) و از بین بردن نویز ناخواسته استفاده کرد.
کابینت ایمنی بیولوژیکیسیستم های آزمایشگاه های پزشکی نیز به خوانش سنسور دقیق متکی هستند. از فیلترهای BIBO می توان برای اطمینان از اینکه سنسورهای موجود در این کابینت ها تحت تأثیر نویز قرار نمی گیرند ، استفاده شود ، بنابراین یک محیط ایمن و تمیز برای تحقیقات بیولوژیکی حفظ می شود.
سیستم های ارتباطی
در سیستم های ارتباطی ، از فیلترهای BIBO برای جدا کردن کانال های فرکانس مختلف و حذف نویز استفاده می شود. به عنوان مثال ، در یک گیرنده رادیویی ، از یک فیلتر باند - عبور برای انتخاب کانال فرکانس مورد نظر استفاده می شود و کانال ها و نویز مجاور را رد می کند. این به بهبود نسبت سیگنال - به - نویز و عملکرد کلی سیستم ارتباطی کمک می کند.
اتاق تمیز FFUسیستم ها در مراکز داده و امکانات تولید نیمه هادی نیاز به کنترل دقیق کیفیت هوا دارند. از فیلترهای Bibo می توان در سنسورها و سیستم های کنترل این واحدهای FFU برای اطمینان از عملکرد دقیق و مطمئن استفاده کرد.
پایان
در نتیجه ، فیلترهای BIBO نقش مهمی در تعامل با منابع نویز در یک سیستم دارند. از طریق فرکانس - میرایی انتخابی ، تغییر فاز و تأخیر در گروه ، این فیلترها می توانند به طور موثری سطح نویز را کاهش داده و کیفیت سیگنال را بهبود بخشند. انتخاب نوع فیلتر ، سفارش و فرکانس برش بستگی به نیازهای خاص کاربرد و خصوصیات منابع نویز دارد.
ما به عنوان یک تأمین کننده فیلتر Bibo ، ما اهمیت تهیه فیلترهای با کیفیت بالا را درک می کنیم که می تواند نیازهای متنوع صنایع مختلف را برآورده کند. فیلترهای ما به گونه ای طراحی شده اند که ضمن حفظ یکپارچگی سیگنال مورد نظر ، عملکرد عالی کاهش نویز را ارائه می دهند. اگر به دنبال فیلترهای قابل اعتماد Bibo برای برنامه های کاهش نویز خود هستید ، ما از شما دعوت می کنیم تا برای بحث و تهیه بیشتر با ما تماس بگیرید. ما متعهد هستیم تا بهترین راه حل ها را برای اطمینان از عملکرد کارآمد و قابل اعتماد سیستم های خود در اختیار شما قرار دهیم.
منابع
- Oppenheim ، AV ، Schafer ، RW ، & Buck ، Jr (1999). پردازش سیگنال زمانی گسسته. سالن Prentice.
- هایکین ، س. (2001). سیستم های ارتباطی. ویلی
- Dorf ، RC ، & Bishop ، RH (2011). سیستم های کنترل مدرن. پیرسون