Technische Universität Ilmenau

Analog and Digital Filters - Modultafeln of TU Ilmenau

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subject properties Analog and Digital Filters in major Bachelor Elektrotechnik und Informationstechnik 2013
subject number1317
examination number2100347
departmentDepartment of Electrical Engineering and Information Technology
ID of group 2111 (Communications Engineering Group)
subject leaderProf. Dr. Martin Haardt
term Sommersemester
languageDeutsch
credit points5
on-campus program (h)45
self-study (h)105
Obligationobligatory
examoral examination performance, 30 minutes
details of the certificate
Signup details for alternative examinations
maximum number of participants
previous knowledge and experience

Signale und Systeme 1, Signale und Systeme 2

learning outcome

In der Vorlesung 'Analoge und digitale Filter' lernen die Studierenden Methoden kennen, um sowohl analoge als auch digitale Filter entwerfen und analysieren zu können. Im ersten Teil - analoge Filter - werden zunächst Filter 1. und 2. Ordnung eingehend behandelt, durch deren Kaskadierung Filter beliebiger Ordnung synthetisiert werden können. Im Anschluss kennen die Studierenden die wesentlichen Eigenschaften und Realisierungsvarianten solcher Filter, die sich anhand Ihrer Pol-Nullstellenkonfigurationen kategorisieren lassen. Den Schwerpunkt bildet danach der Standard-Tiefpass-Entwurf von Analogfiltern. Die Studierenden lernen die spezifischen Eigenschaften von Butterworth-, Tschebyscheff-, Bessel- und Cauerfiltern kennen und können jedes Filter anhand seiner Polynombeschreibung und Pol-Nullstellenkonfiguration identifizieren und mit Hilfe von Matlab entwerfen. Das vermittelte Wissen bildet die Grundlage für die anschließenden Transformationen, durch die die Studierenden in die Lage versetzt werden, auch Hochpässe, Bandpässe und Bandsperren zu entwerfen. Im zweiten Teil der Vorlesung erlernen die Studierenden den Entwurf von Digitalfiltern. Im Kapitel 'Rekursive digitale Filter' lernen die Studierenden zwei Transformationen kennen, um aus Analogfiltern mit bekannter Übertragungsfunktion ein entsprechendes Digitalfilter zu gewinnen. Zudem wird den Studierenden der Einfluss der Quantisierung vermittelt. Mit Hilfe von Matlab-Beispielen untersuchen die Studierenden selbstständig, wie sich Koeffizientenquantisierung und Rundungsfehler (Rauschen, Grenzzyklen) bei unterschiedlichen Filterstrukturen auswirken. Im Kapitel 'FIR-Filter' lernen die Studierenden schließlich Methoden kennen, um linearphasige FIR-Filter mit bestimmten Zieleigenschaften zu entwickeln.

content

Analoge Filter

  • Grundlagen
    - Phasen- und Gruppenlaufzeit, Dämpfung
    - Paley-Wiener-theorem
    - Laplace-Transformation
    - Minimalphasen- und Allpasskonfiguration
    - Randbedingungen für den Dämpfungsverlauf
     
  • Filter 1. Ordnung
    Tiefpass, Hochpass, Shelving-Tiefpass, Shelving-Hochpass, Allpass
  • Filter 2. Ordnung
    Tiefpass, Hochpass, Bandpass, Notch-Filter, Notch-Tiefpass, Allpass
  • Standard Tiefpass Approximationen
    Potenz-,  Tschebyscheff-, Cauer-, Bessel-tiefpass
     
  • Transformationen
    Tiefpass-Hochpass-Transformation

Digitale Filter 

  • Rekursive zeitdiskrete Filter
    - Bilinear-Transformation 
    - Impulsinvariant-Methode
    - Einfluss der Quantisierung
     
  • Entwurf von FIR-Filtern mit der Fenstermethode
    - Typen linearphasiger Filter 
    - Standard-Fenster 
    - Kaiser-Fenster 
    - Verhalten an Sprungstellen 
media of instruction

Tafelentwicklung, Präsentation von Begleitfolien, Folienscript (online), Matlab-Beispiele 

literature / references
  • L. D. Paarmann, Design And Analysis of Analog Filters: A Signal Processing Perspective. Kluwer Academic Publishers, 2001.
     
  • D. Kreß and D. Irmer, Angewandte Systemtheorie. Oldenbourg Verlag, München und Wien, 1990.
     
  • O. Mildenberger, Entwurf analoger und digitaler Filter. Vieweg, 1992.
     
  • R. Schaumann and Mac E. Van Valkenburg, Design of Analog Filters. Oxford University Press, 2001.
  • A.V. Oppenheim and R.W. Schafer, Zeitdiskrete Signalverarbeitung. R. Oldenbourg Verlag, 1999.
     
  • K.D. Kammeyer and Kristian Kroschel, Digitale Signalverarbeitung. Vieweg + Teubner, 2009.
evaluation of teaching

Pflichtevaluation:

SS 2011 (Fach)

Freiwillige Evaluation:

Hospitation: