¿Qué representan las ondulaciones en la curva de respuesta de frecuencia de los filtros?

Las ondulaciones en la banda de paso son típicamente un efecto secundario no deseado de producir un filtro de orden superior que tiene una caída abrupta. Si las ondas son demasiado grandes y estoy usando el filtro para una aplicación de audio, probablemente escucharé la forma de esas ondas en la música, así que sí, principalmente no son deseables.

Las ondas suelen mostrar algo: me indican que los filtros más altos / inclinados probablemente se construyen físicamente (y matemáticamente) a partir de una serie de filtros de segundo orden.

Los gráficos de Bode muestran tanto la ganancia como la fase por una buena razón. Al observar solo la respuesta de ganancia sin considerar la respuesta de fase, se está perdiendo una parte importante del rendimiento del sistema.

Butterworth proporciona la menor ondulación de ganancia en la banda de paso y la banda de parada, y tiene la menor distorsión de fase / retardo de grupo, aunque se necesita un filtrado de orden superior para lograr una pendiente de corte decente. Si a su aplicación le preocupa el retraso de grupo o el cambio de fase , Butterworth proporciona la menor distorsión. Desafortunadamente, para lograr la ondulación de la banda de paso cero y la transición de la banda de corte muy pronunciada al mismo tiempo, se requeriría un filtro Butterworth de orden muy alto. El rendimiento casi ideal generalmente tiene un alto costo, en este caso, un filtro de orden superior requiere más componentes y, por lo tanto, más dinero y espacio de diseño de la placa.

Chebyshev o elíptica mejora la transición de corte, haciendo un corte muy pronunciado para un orden comparable. Los filtros de orden superior generalmente requieren más componentes, por lo que esto se traduce directamente en ahorrar dinero y espacio de diseño de la placa. Sin embargo, el costo real es que estos tipos de filtros requieren aceptar cierto nivel de ondulación en la banda de paso y en la banda de parada (y la respuesta de fase no es tan lineal como Butterworth). Existe cierta flexibilidad en el diseño, usted puede intercambiar la cantidad de aumento de la ganancia es aceptable.

La ondulación de la banda de paso indica que habrá un cierto nivel de distorsión en la señal; la pregunta es si el nivel de distorsión es aceptable. Si la ondulación máxima de la banda de paso es de 0.1dB y la relación señal-ruido es buena, la ondulación puede no marcar la diferencia. Pero si se requiere un rizado de banda de paso cero, entonces necesita un filtro Butterworth.

En una aplicación que requiere menos distorsión, Butterworth gana. En una aplicación que requiere un bajo recuento de componentes, pero donde el retraso del grupo o la ondulación de la banda de paso es importante, Chebyshev o elíptica gana. Todo depende de qué características de la señal son importantes.

  

obtendré alguna forma de onda extendida o con forma incorrecta si el filtro   ¿La respuesta tiene ondas?

Sí, la forma de onda tendrá una forma incorrecta si la respuesta del filtro tiene ondulaciones. La cantidad de distorsión depende de la cantidad de ondulación en la respuesta de frecuencia. Vea la imagen a continuación que muestra la distorsión en la forma de onda.

El gráfico muestra las formas de onda de salida para 3 filtros diferentes con diferente cantidad de ondulación en la banda de paso. Puede ver claramente que la señal azul es significativamente diferente de las otras dos. El diseño del filtro implica un compromiso entre el número de componentes y la planitud de la respuesta.

En general, la lista a continuación ofrece filtros en orden decreciente de conteo de componentes (y disminución de la suavidad de la respuesta de frecuencia) para algunas especificaciones de respuesta de frecuencia determinadas:

1. filtro Butterworth
2. filtro Chebychev
3. filtro elíptico

Nota: Las salidas que se muestran en la figura anterior son artificiales. En general, nunca usaría un filtro con una respuesta de frecuencia como la azul para el filtrado de paso bajo.