A Study on the Computation of Digital Filter Frequency characteristics Based on a Difference Equation

차분방정식에 기초를 둔 디지털 필터의 주파수 특성 계산에 관한 연구

When a digital filter implementation is based on a difference equation, the frequency characteristics cannot be obtained by direct computation, but be obtained by experiment or analogized by Z-transform. In this paper, the method to compute the frequency magnitude response of the function expressed in a difference equation is derived from PARSEVAL's relation. To verify the validity of this new method two types of digital filters are implemented. Both filters' characteristics are measured and their values are compared with the value obtained by a Z-transform and with the value by a difference equation. The result shows that the measured values and the values obtained by the difference equaton are more closer than the values by a Z-transform. And the difference-equaton-based filters' showed sharper roll off characteristics than the Z-transform-based filters. Therefore when a digital filter implementation is based on a difference equation, the characteristics computation by a difference equation predicts better practical results than based on Z-transform.

디지탈 필터의 구성이 차분방정식에 근거하였을 때, 그 주파수 특성을 구하는 방법은 계산에 의해 할 수 있는 식이 없으므로 Z-변환식으로 미루어 짐작하거나 실험에 의해 측정하는 방법 밖에 없다. 본 논문에서는 차분방정식으로 표현된 함수의 주파수 응답 진폭특성을 계산하는 방법을 Parseval의 정리를 도입하여 제시하고, 이 식의 타당성을 확인하기 위해 실제로 두 종류의 디지탈 필터를 설계 제작하고 실험 측정하였다. 측정된 결과와 Z-변환식에 의한 계산값, 본 논문에서 제시한 계산식에 의한 값을 서로 비교하였다. 그 결과 차분방정식에 의해 계산된 값이 훨씬 실제 측정값에 접근하였다. 또한 Z-변환식에 의한 결과보다 예리한 roll-off 특성을 보여 줌을 확인했다. 따라서 차분방정식을 기초로 하여 구성된 디지탈 필터의 진폭응답 특성은 Z-변환식보다 차분방정식에 의한 계산이 보다 나은 실제적인 결과를 예측해 준다.