[정보통신기사] 필터 구분, 필터 종류 - LPF, BPF, HPF, Butterworth 필터, Chebyshev 필터, 수동 필터, 능동 필터, FIR필터, IIR필터, 디지털 필터와 아날로그 필터 비교

 

1. 대역별 통과 특성에 따른 구분

- LPF (Low Pass Filter, 저역통과필터) : 저역만 통과
- BPF (Band Pass Filter, 대역통과필터) : 정해진 통과대역만 통과
- HPF (High Pass Filter, 고역통과필터) : 고역만 통과
- BSF (Band Stop Filter, 대역소거필터) : 정해진 대역만 저지
- All Pass Filter (전역통과필터) : 주파수에 따라 선형적 위상 이동 만을 줌

대역별 통과 특성에 따른 구분

2. 실현 불가능성에 따른 구분

1) 이상 필터 (Ideal Filter) : 수학적으로만 성립, 물리적으로는 실현 불가능

 

2) 실제 필터 (Practical Filter)

 

3. 필터 근사에 따른 구분

1) Butterworth 필터 : 통과대역이 평평함, 스커트 특성은 둔함
2) Chebyshev 필터 : 통과대역에 ripple 성분 있음, 스커트 특성은 날카로움
3) Bessel 필터 : 저지대역에서 보다 완만한 롤 오프 특성
4) Elliptic 필터 : 통과대역 및 저지대역에 ripple 성분 있음

필터 근사에 따른 구분

 

4. 회로소자에 따른 구분

 

1) 수동 필터
- 저항, 커패시터, 인덕터로 만 구성된 것 (단 인덕터는 부피가 크고, 가격이 높은 등 집적회로 설계에 부적합함)
- 주로 고주파용 (1 MHz 이상)
> 동작 주파수 제한을 받지 않음
> 소비전력이 큰 반면에 가격이 저렴함
> 주파수 특성이 안정된 편임

* 주파수 특성이 우수한 편이나, 후속 연결 회로의 영향에 민감한 편임

2) 능동 필터 (무 인덕터 필터, Inductorless Filter)
- 인덕터는 크기가 크고, 특성이 비이상적이어서, 이를 대신하도록 한 것
- 능동 RC 필터 (Active RC Filter)
> 저항(R), 커패시터(C) 및 연산증폭기로 구성된 것

- 스위치드 커패시터 필터 (Switched Capacitor Filter)
> 스위치,커패시터 및 연산증폭기로 구성된 것 (IC화 용이)
- 주로 저주파용(1 MHz 미만)
- 비교적 넓은 주파수 범위에서 이득 조정이 쉬움

 

5. 디지털 필터의 구분

1) 임펄스응답 형태에 따른 구분
- FIR 필터 (Finite Impulse Response) : 임펄스 응답이 유한길이를 가짐

FIR 필터 (Finite Impulse Response)

연산 회수 : 덧셈 N - M 개, 곱셈 N - M + 1 개

 

- IIR 필터 (Infinite Impulse Response) : 임펄스 응답이 무한길이를 가짐

IIR 필터 (Infinite Impulse Response)

 

현재의 y[n]을 구하기 위해 현재,과거의 입력 값 뿐 아니라, 과거의 출력도 필요함
즉, 피드백 형태를 띰

 

 

FIR필터 VS IIR 필터 비교

 

특히, 디지털 필터 설계 시 비교
- FIR 필터 : 통과 대역 내 선형 위상 특성이 요구되는 필터링 문제에 적합
- IIR 필터 : 같은 수의 파라미터를 가진 FIR 필터보다 저지 대역에서 더 낮은 사이드로브 가짐

 

따라서, 약간의 위상 왜곡이 허용되거나 중요하지 않다면, IIR 필터가 더 적은 파라미터로, 구현할 수 있고, 메모리 사용량이 적으며, 계산 복잡도가 낮기 때문에 더 선호됨

 

 

2) 차분방정식 형태에 따른 구분
- 순환 필터(Recursive Filter) : 출력도 입력의 일부로 사용됨
- 비순환 필터(Non-recursive Filter) : 출력이 입력에 반영되지 않음

 

6. 차수에 의한 필터 구분

1) 1차 필터 : 단지 하나의 극점(Pole)을 갖는 필터
- 수동소자로는 주로 LPF, HPF를 구현

 

2) 2차 필터 : 2개의 극점을 갖는 필터
- 수동소자로는 주로 BPF를 구현 (LPF, HPF 종속 결합으로도 가능)

 

3) n차 필터 : n개의 극점을 갖는 필터

※ 필터 차수(Filter Order) : 필터 전달함수의 극점의 수

 

7. 무선 수신기 필터 구분

1) 대역 선택(Band Selection) 필터 : 원하는 RF 주파수대역을 크게 선택

2) 채널 선택(Channel Selection) 필터 : 각 사용자 채널 대역을 좁게 선택

 

8. 기타 응용분야의 필터 구분

1) 광학 필터
2)오염 제거 필터 등

 

 

9. 아날로그 필터, 디지털 필터 비교

 

아날로그 필터, 디지털 필터 비교

 

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