{"id":3494,"date":"2022-04-10T16:05:24","date_gmt":"2022-04-10T14:05:24","guid":{"rendered":"https:\/\/techgoggler.com\/it\/?p=3494"},"modified":"2023-03-29T18:47:04","modified_gmt":"2023-03-29T16:47:04","slug":"filtri-digitali-tipo-fir-convoluzione","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/techgoggler.com\/it\/filtri-digitali-tipo-fir-convoluzione\/","title":{"rendered":"I filtri digitali di tipo FIR"},"content":{"rendered":"<p>Questa \u00e8 la seconda parte di una serie di articoli dedicata ai filtri digitali. <a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/automatica\/introduzione-filtri-digitali-confronto-filtri-analogici\/\" rel=\"noopener noreferrer\" target=\"_blank\">Prima parte: Introduzione ai filtri digitali e confronto con i filtri analogici<\/a>.<\/p>\n<p>La risposta nel tempo ad un ingresso costante di un filtro passa-basso analogico, \u00e8 tipicamente quella illustrata in figura:<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/transitorio-lowpass.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/transitorio-lowpass.jpg\" alt=\"Transitorio filtro passa-basso\" width=\"503\" height=\"340\" class=\"alignnone size-full wp-image-3495\" srcset=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/transitorio-lowpass.jpg 503w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/transitorio-lowpass-300x203.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 503px) 100vw, 503px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Come si pu\u00f2 vedere, essa \u00e8 costituita da un transitorio iniziale di tipo oscillatorio che si smorza a regime ed \u00e8 dovuto all&#8217;azione del condensatore.<\/p>\n<p>Questo transitorio, dunque, \u00e8 una caratteristica distintiva del filtro. Vediamo cosa succede quando il ritardo dovuto al transitorio \u00e8 comparabile con i tempi di variazione del segnale di ingresso. Supponiamo di avere un filtro passa-basso passivo del tipo:<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/filtro-pb-passivo.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/filtro-pb-passivo.jpg\" alt=\"Filtro passa-basso passivo\" width=\"450\" height=\"381\" class=\"alignnone size-full wp-image-3497\" srcset=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/filtro-pb-passivo.jpg 450w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/filtro-pb-passivo-300x254.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 450px) 100vw, 450px\" \/><\/a><\/p>\n<p>in cui assumiamo R=100 k&Omega; e C=10 nF; ne segue una costante di tempo &tau;=10<sup>-3<\/sup> s.<\/p>\n<p>All&#8217;ingresso del filtro poniamo un segnale di tipo numerico, vedi figura 3a, con quanto temporale T=1 ms, ovvero pari alla costante di tempo del filtro. Assumendo il condensatore inizialmente scarico, durante il primo periodo dell&#8217;ingresso esso comincer\u00e0 a caricarsi esponenzialmente verso la tensione di 1 V. Dalla teoria \u00e8 noto che dopo una costante di tempo, ovvero 1 ms, il condensatore avr\u00e0 raggiunto il 63% del valore finale, ovvero 0,63 V.<\/p>\n<p>Dopo 1 ms tuttavia, l&#8217;ingresso si porta ad un valore pari a 2 V: il condensatore allora, che \u00e8 carico a 0,63 V, si caricher\u00e0 adesso verso una tensione pari a: (2 &#8211; 0,63)= 1,37 V. Dunque dopo un&#8217;altro millisecondo il condensatore sar\u00e0 carico a una tensione pari a V<sub>u<\/sub>=0,63 + (0,63&#215;1,37) V = 1,49 V<\/p>\n<p>Iterando questi calcoli, si trova che la tensione di uscita del filtro segue l&#8217;andamento di figura 3-b. L&#8217;effetto del filtro \u00e8 quello di smussare gli spigoli della forma d&#8217;onda di ingresso: pi\u00f9 precisamente, il filtro ne opera la media mobile (moving average).<\/p>\n<figure id=\"attachment_3502\" aria-describedby=\"caption-attachment-3502\" style=\"width: 600px\" class=\"wp-caption alignnone\"><a href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/filtro-ma.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/filtro-ma.jpg\" alt=\"Figura 3. Effetto MA del filtro. a) ingresso numerico b) segnale di uscita\" width=\"600\" height=\"263\" class=\"size-full wp-image-3502\" srcset=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/filtro-ma.jpg 600w, https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2022\/04\/filtro-ma-300x132.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 600px) 100vw, 600px\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-3502\" class=\"wp-caption-text\">Figura 3. Effetto MA del filtro. a) ingresso numerico b) segnale di uscita<\/figcaption><\/figure>\n<h2>Media mobile<\/h2>\n<p>Semplicemente, la media mobile (pesata) di una serie di valori discreti, si pu\u00f2 esprimere come:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-213ce5a1179b5ce178a794cc6793c8bb_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#121;&#40;&#110;&#41;&#61;&#97;&#95;&#123;&#48;&#125;&#120;&#40;&#110;&#41;&#43;&#97;&#95;&#123;&#49;&#125;&#120;&#40;&#110;&#45;&#49;&#41;&#43;&#97;&#95;&#123;&#50;&#125;&#120;&#40;&#110;&#45;&#50;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"24\" width=\"412\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/><\/p>\n<p>dove abbiamo assunto, ad esempio, 3 valori. La somma dei coefficienti deve essere:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8651c0efec7b7aed85c119010bbccbea_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#95;&#123;&#48;&#125;&#43;&#97;&#95;&#123;&#49;&#125;&#43;&#97;&#95;&#123;&#50;&#125;&#61;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"165\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/><\/p>\n<h2>Modello matematico di un filtro digitale FIR<\/h2>\n<p>Generalizzando quanto detto precedentemente, l&#8217;uscita di un filtro digitale FIR si ottiene dalla convoluzione discreta tra il segnale x(nT) e la distribuzione dei coefficienti a<sub>i<\/sub> con quanto temporale T=1. Potremmo dimostrare, infatti, che tale convoluzione discreta equivale ad una operazione di filtraggio nel dominio del tempo.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4d45e226d41be337da7417cb3657ecca_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#121;&#40;&#110;&#41;&#61;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#48;&#125;&#94;&#123;&#78;&#45;&#49;&#125;&#97;&#95;&#123;&#105;&#125;&#120;&#40;&#110;&#45;&#105;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"30\" width=\"242\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/><\/p>\n<p>Scrivendo per esteso l&#8217;equazione alle differenze finite precedente, possiamo dire che l&#8217;uscita di un filtro FIR di ordine N nell&#8217;istante n, pu\u00f2 essere scritta come:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7d287a4495814342f92248ad14f7a93b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#121;&#40;&#110;&#41;&#61;&#97;&#95;&#123;&#48;&#125;&#120;&#40;&#110;&#41;&#43;&#97;&#95;&#123;&#49;&#125;&#120;&#40;&#110;&#45;&#49;&#41;&#43;&#46;&#46;&#46;&#43;&#97;&#95;&#123;&#78;&#45;&#49;&#125;&#120;&#40;&#110;&#45;&#78;&#43;&#49;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"24\" width=\"540\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/><\/p>\n<p>L&#8217;uscita in un certo istante \u00e8 data dunque dalla combinazione lineare dei campioni dell&#8217;ingresso presi in un numero finito di istanti precedenti con determinati coefficienti, ottenuti ponendo in ingresso del filtro degli impulsi unitari nei diversi istanti. Per questo motivo, questo tipo di filtro digitale viene chiamato <em>risposta finita all&#8217;impulso<\/em> (FIR: Finite Impulse Response).<\/p>\n<h2>Commento finale<\/h2>\n<p>Il comportamento di un filtro pu\u00f2 essere studiato pi\u00f9 comodamente in frequenza analizzando la sua funzione di trasferimento. Lo vedremo nella prossima parte di questa serie di articoli.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<div class=\"mh-excerpt\"><p>L&#8217;uscita di un filtro FIR in un certo istante \u00e8 data dalla combinazione lineare dei campioni dell&#8217;ingresso presi in un numero finito di istanti precedenti. <a class=\"mh-excerpt-more\" href=\"https:\/\/techgoggler.com\/it\/filtri-digitali-tipo-fir-convoluzione\/\" title=\"I filtri digitali di tipo FIR\"><\/a><\/p>\n<\/div>","protected":false},"author":10,"featured_media":3513,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[115],"tags":[262],"class_list":{"0":"post-3494","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-automatica","8":"tag-learning-segnali"},"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v27.4 - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-wordpress\/ -->\n<title>I filtri digitali di tipo FIR - 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