DSP 101
M8 · L1
الوحدة 8 — تصميم مرشحات IIR
ما هو مرشح IIR؟

مرشحات الاستجابة النبضية اللانهائية — معادلة الفروق التكرارية، والأقطاب والأصفار، وشرط الاستقرار، وميزة الكفاءة الدرامية التي تجعل IIR لا غنى عنه.

1 / 9
DSP 101
M8 · L1
الفكرة الأساسية
المدخلات والمخرجات السابقة

يستخدم مرشح IIR كلاً من المدخلات والمخرجات السابقة. تُنشئ حلقة التغذية الراجعة هذه الرنين — نبضة واحدة قد تستمر في الرنين إلى ما لا نهاية نظرياً، ومن هنا جاء مصطلح "استجابة نبضية لانهائية".

معادلة الفروق لمرشح IIR
y[n] = \sum_{k=0}^{M} b_k\, x[n-k] - \sum_{k=1}^{N} a_k\, y[n-k]
2 / 9
DSP 101
M8 · L1
دالة النقل
الأقطاب والأصفار

يُعطي تحويل Z دالة نقل نسبية H(z) = B(z)/A(z). البسط يُنشئ الأصفار؛ المقام يُنشئ الأقطاب. الأقطاب القريبة من دائرة الوحدة تُنتج قمماً حادة في الاستجابة.

أصفار
من بسط B(z)
أقطاب
من مقام A(z)
∞
طول الاستجابة النبضية
3 / 9
DSP 101
M8 · L1
القيد الحرج
الأقطاب داخل دائرة الوحدة

يتطلب استقرار BIBO أن تكون جميع الأقطاب داخل دائرة الوحدة تماماً (|z_قطب| < 1). قطب على الدائرة أو خارجها ← خرج ينمو بلا حد. يجب التحقق من ذلك صراحةً.

على خلاف FIR
مرشحات FIR لا تحتوي على أقطاب وهي دائماً مستقرة. تتطلب مرشحات IIR تصميماً دقيقاً — وتنفيذاً دقيقاً في الحساب ثابت النقطة حيث يمكن للتقريب أن يدفع الأقطاب للخارج.
4 / 9
DSP 101
M8 · L1
الميزة الكبرى
معاملات أقل بكثير

يحقق مرشح IIR نفس الحدة كـFIR بمعاملات أقل بكثير. IIR إهليجي من الدرجة 6 يمكنه مجاراة FIR بـ1000 نقرة — مما يجعل IIR الخيار الوحيد الممكن على الأجهزة المحدودة الطاقة.

  • نطاق تمرير حاد: FIR يحتاج ~255 نقرة؛ IIR يحتاج ~10 معاملات
  • قاطع إهليجي: FIR ~1023 نقرة؛ IIR ~6 معاملات (أقل بـ170 مرة)
  • ذاكرة أقل، طاقة أقل، تأخير أقل
  • مثالي للسماعات الطبية وأجهزة المودم وحلقات التحكم الفوري
5 / 9
DSP 101
M8 · L1
المفاضلة
الطور غير الخطي

تُدخل أقطاب IIR تأخيراً للمجموعة يعتمد على التردد — تتأخر ترددات مختلفة بمقادير مختلفة، مما يُشوّه شكل الموجة. FIR يمكنه تحقيق طور خطي تام؛ IIR لا يستطيع.

  • يهم في: ECG/EEG، نبضات الرادار، مخططات عين البيانات الرقمية
  • لا يهم في: أدوات ضبط الصوت، ترشيح القناة، رفض الضوضاء
  • حل خارج الفورية: الترشيح ثنائي الاتجاه (إلى الأمام + إلى الخلف)
  • حل فوري: استخدم FIR عوضاً، أو اقبل التشويه
6 / 9
DSP 101
M8 · L1
أين تعيش مرشحات IIR
IIR في العالم الحقيقي
  • معادلات الصوت وأدوات الضبط — أقسام biquad، قابلة للتعديل فورياً
  • ترشيح القناة في هواتف GSM و DECT المحمولة
  • وحدات تحكم PID الرقمية ومرشحات حلقة قفل الطور
  • منع الإيهام وحجب التيار المستمر لواجهات المحول التناظري-الرقمي
  • تقليل الضوضاء في السماعات الطبية وواجهات الصوت
7 / 9
DSP 101
اختبار سريع

تحقّق ممّاترسّخ

أربعة أسئلة عن مرشحات IIR — التغذية الراجعة والأقطاب والاستقرار ومقايضة الكفاءة.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

8 / 9
DSP 101
M8 · L1
النقاط الرئيسية
ما تعلمته
  • IIR = مجموع موزون للمدخلات السابقة والمخرجات السابقة (تغذية راجعة)
  • دالة النقل H(z) = B(z)/A(z) نسبية بأقطاب وأصفار
  • الاستقرار ⟺ جميع الأقطاب داخل دائرة الوحدة — يجب التحقق صراحةً
  • معاملات أقل بكثير من FIR لنفس الحدة (أقل بـ170 مرة في الحالات القصوى)
  • المفاضلة: الطور غير الخطي يُشوّه شكل الموجة
  • مفضَّل للصوت وترشيح القناة والتحكم والـDSP منخفض الطاقة
اقرأ المقال كاملاً ←
9 / 9
1 / 8 كتم