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  <name>Diseño de Filtros usando la Grafica de Polos y Ceros de la Transformada-Z</name>
  
  <metadata>
  <md:version>1.2</md:version>
  <md:created>2005/08/01 16:30:44 GMT-5</md:created>
  <md:revised>2005/08/03 13:45:45.345 GMT-5</md:revised>
  <md:authorlist>
      <md:author id="mjhaag">
      <md:firstname>Michael</md:firstname>
      
      <md:surname>Haag</md:surname>
      <md:email>mjhaag@rice.edu</md:email>
    </md:author>
      <md:author id="erikaj">
      <md:firstname>Erika</md:firstname>
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      <md:surname>Jackson</md:surname>
      <md:email>erikaj@utep.edu</md:email>
    </md:author>
      <md:author id="fpmeza">
      <md:firstname>Fara</md:firstname>
      <md:othername>P.</md:othername>
      <md:surname>Meza</md:surname>
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    </md:author>
  </md:authorlist>

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    <md:maintainer id="erikaj">
      <md:firstname>Erika</md:firstname>
      <md:othername>Sarait</md:othername>
      <md:surname>Jackson</md:surname>
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      <md:firstname>Fara</md:firstname>
      <md:othername>P.</md:othername>
      <md:surname>Meza</md:surname>
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  </md:maintainerlist>
  
  <md:keywordlist>
    <md:keyword>cero</md:keyword>
    <md:keyword>filtro</md:keyword>
    <md:keyword>polo</md:keyword>
  </md:keywordlist>

  <md:abstract>Describe el como diseñar un filtro de la Transformada-Z y su grafica de polos y ceros.</md:abstract>
</metadata>

  <content>

  <section id="freq">
     <name>Estimando la Respuesta de Frecuencia de un Plano-Z</name>

     <para id="zp_freq">
Un factor de motivación para el análisis de la grafica de polos y ceros es la relación de la respuesta de frecuencia del sistema. Basado en la posición de los polos y ceros, uno puede determinar la respuesta de la frecuencia. Este es un resultado de la correlación entre la repuesta de frecuencia y la función de transferencia evaluada en el círculo unitario de la grafica de polos y ceros. La respuesta de frecuencia, o DTFT, del sistema es definida por:
       
     <equation id="freqr1">     
        <m:math>
	  <m:apply>
   	     <m:eq/>
             <m:apply>
		<m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>w</m:ci>
	     </m:apply>
             <m:apply>	         
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#evaluateat"/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>z</m:ci>
		</m:bvar>	
		<m:condition>
		  <m:apply>
		    <m:exp/>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:imaginaryi/>
		      <m:ci>w</m:ci>
		    </m:apply>		
		  </m:apply>
		</m:condition>
                <m:apply>
                  <m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>z</m:ci>	     
                </m:apply>
	     </m:apply>
	     <m:apply>
		<m:divide/>
		<m:apply>
		  <m:sum/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>k</m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:lowlimit>
		    <m:ci>0</m:ci>
		  </m:lowlimit>
		  <m:uplimit>
		    <m:ci>M</m:ci>
		  </m:uplimit>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>b</m:mi>
			<m:mi>k</m:mi>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:exp/>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:apply>
			  <m:times/>
			  <m:imaginaryi/>
			  <m:ci>w</m:ci>
			  <m:ci>k</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:sum/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>k</m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:lowlimit>
		    <m:cn>0</m:cn>
		  </m:lowlimit>
		  <m:uplimit>
		    <m:ci>N</m:ci>
		  </m:uplimit>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>a</m:mi>
			<m:mi>k</m:mi>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:exp/>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:apply>
			  <m:times/>
			  <m:imaginaryi/>
			  <m:ci>w</m:ci>
			  <m:ci>k</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>			  
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>	
	      </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>
     </equation>

	Al factorizar la función de transferencia a sus polos y ceros y el multiplicar el numerador y denominador por
	<m:math><m:apply><m:exp/><m:apply><m:times/><m:imaginaryi/><m:ci>w</m:ci></m:apply></m:apply></m:math>
	se obtiene lo siguiente:

     <equation id="freqr2">
	<m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>w</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:abs/>
		  <m:apply>
		    <m:divide/>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>b</m:mi>
			<m:mn>0</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>a</m:mi>
			<m:mn>0</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  
		  <m:apply>
		    <m:product/>
		    <m:bvar>
		      <m:ci>k</m:ci>
		    </m:bvar>
		    <m:lowlimit>
		      <m:ci>1</m:ci>
		    </m:lowlimit>
		    <m:uplimit>
		      <m:ci>M</m:ci>
		    </m:uplimit>		  
		    <m:apply>
		      <m:abs/>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:apply>
			  <m:exp/>
			  <m:apply>
			    <m:times/>
			    <m:imaginaryi/>
			    <m:ci>w</m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
			<m:apply>
			  <m:ci>
			    <m:msub>
			      <m:mi>c</m:mi>
			      <m:mi>k</m:mi>
			    </m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>		  			
		    </m:apply>			
		  </m:apply>

		  <m:apply>
		    <m:product/>
		    <m:bvar>
		      <m:ci>k</m:ci>
		    </m:bvar>
		    <m:lowlimit>
		      <m:ci>1</m:ci>
		    </m:lowlimit>
		    <m:uplimit>
		      <m:ci>N</m:ci>
		    </m:uplimit>		  
		    <m:apply>
		      <m:abs/>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:apply>
			  <m:exp/>
			  <m:apply>
			    <m:times/>
			    <m:imaginaryi/>
			    <m:ci>w</m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
			<m:apply>
			  <m:ci>
			    <m:msub>
			      <m:mi>d</m:mi>
			      <m:mi>k</m:mi>
			    </m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>		  			
		    </m:apply>			
		    
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	De la <cnxn target="freqr2" strength="8"/> obtenemos la respuesta de frecuencia en una forma que se puede usar para interpretar las características físicas de las respuesta de frecuencia del filtro. El numerador y denominador contienen un producto en términos de la forma
	<m:math><m:apply> 
	    <m:abs/>
	    <m:apply>
	      <m:minus/>
	      <m:apply><m:exp/><m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:imaginaryi/>
		  <m:ci>w</m:ci>
		</m:apply></m:apply>
	      <m:ci>h</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply></m:math>,
	donde <m:math><m:ci>h</m:ci></m:math> es cero, marcado por	<m:math><m:ci>
	    <m:msub>
	      <m:mi>c</m:mi>
	      <m:mi>k</m:mi>
	    </m:msub>
	  </m:ci></m:math>
	o un polo, descrito por <m:math><m:ci>
	    <m:msub>
	      <m:mi>d</m:mi>
	      <m:mi>k</m:mi>
	    </m:msub>
	  </m:ci></m:math>. Los vectores son usados para representar el término y sus partes en el plano complejo. El polo o cero,
	<m:math><m:ci>h</m:ci></m:math>, es un vector que viene del origen a la su lugar en cualquier parte del plano complejo y
	<m:math><m:apply>
	<m:exp/><m:apply><m:times/><m:imaginaryi/><m:ci>w</m:ci></m:apply>
	</m:apply></m:math> es un vector que viene del origen hasta una posición en el circulo unitario.  El vector que conecta estos dos puntos, <m:math><m:apply> <m:abs/>
	  <m:apply>
	   <m:minus/>
	   <m:apply><m:exp/><m:apply>
		<m:times/>
		<m:imaginaryi/>
		<m:ci>w</m:ci>
	   </m:apply></m:apply>
	   <m:ci>h</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply></m:math>, conecta el polo o cero a un lugar en el circulo unitario que depende del valor de
	<m:math><m:ci>w</m:ci></m:math>. De esto, podemos empezar entender como la magnitud de la respuesta de frecuencia es un radio de distancias de polos y ceros presente en el plano-z y  <m:math><m:ci>w</m:ci></m:math> va de cero a pi. Estas características no ayudan a entender.<m:math><m:apply><m:abs/><m:apply><m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>w</m:ci></m:apply></m:apply></m:math>
	 de la siguiente manera:


	<equation id="freq_simple">
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
		<m:abs/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>w</m:ci>
		</m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
		<m:apply>
		  <m:abs/>
		  <m:apply>
		    <m:divide/>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>b</m:mi>
			<m:mn>0</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>a</m:mi>
			<m:mn>0</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      <m:apply>
		<m:divide/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:ci>∏</m:ci>
		  <m:ci>"distancias de los ceros"</m:ci>		
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:ci>∏</m:ci>
		  <m:ci>"distancias de los polos"</m:ci>		
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>
	</equation>

	En conclusión, usando las distancias del círculo unitario a los polos y ceros, podemos graficar la respuesta de la frecuencia del sistema. Cuando <m:math><m:ci>w</m:ci></m:math> va de
	<m:math><m:cn>0</m:cn></m:math> a <m:math>
	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:cn>2</m:cn>
	    <m:pi/>
	  </m:apply>
	</m:math>, las siguientes dos propiedades, tomadas de las ecuaciones anteriores, especifican como se debe graficar <m:math><m:apply>
	    <m:abs/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>w</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply></m:math>.

	<list id="mag_freq" type="enumerated">
	  <name>Mientras se mueva alrededor del círculo unitario…</name>
   	  <item>
	   si esta cercas de un cero, la magnitud es chica. Si el cero esta sobre el circulo unitario, entonces la respuesta de frecuencia es cero en eso punto.</item>
  	  <item>
	  si esta cercas de un polo, la magnitud es grande. Si el polo esta sobre el circulo unitario, entonces la respuesta de frecuencia es infinita en ese punto.</item>
 	</list>

      </para>
    </section>


<!-- ####################################################### -->
<!-- #####################  NEW SECTION  ################### -->

    <section id="freq_draw">
     <name>Graficando la Respuesta de Frecuencia de una Grafica de Polos y Ceros</name>

     <para id="draw1">
	Veremos varios ejemplos donde se determina la magnitud de la respuesta de frecuencia de aun grafica de polos y ceros de una transformada-z. Si se le olvido o no sabe que es una grafica de polos y ceros, vea el modulo de <cnxn document="m10556" strength="9">graficas de polos y ceros</cnxn>.
     </para>

    <example id="eg1">
	<para id="eg1-1">
	 En este ejemplo, tomaremos una transformada-z sencilla mostrada aquí:

	  <m:math display="block">
             <m:apply>
		<m:eq/>
 		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>z</m:ci>
                </m:apply>
		<m:apply>
		  <m:plus/>
		  <m:ci>z</m:ci>
		  <m:cn>1</m:cn>
		</m:apply>
	      <m:apply>
		<m:plus/>
		<m:cn>1</m:cn>
		<m:apply>			
		  <m:power/>
		  <m:ci>z</m:ci>
		  <m:cn>-1</m:cn>
		</m:apply>	
	      </m:apply>
	    </m:apply>
  	  </m:math>
	  
	  <m:math display="block">	    
            <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>w</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>	
		<m:plus/>
		<m:cn>1</m:cn>
		<m:apply>			 
		  <m:exp/>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:imaginaryi/>
		      <m:ci>w</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>			 
		</m:apply>	  	       		 
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>

	Para este ejemplo, algunos de los vectores representados por	  <m:math><m:apply>
	      <m:abs/>
	      <m:apply>
		<m:minus/>
		<m:apply><m:exp/><m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:imaginaryi/>
		    <m:ci>w</m:ci>
		  </m:apply></m:apply>
		<m:ci>h</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply></m:math>, para valores aleatorios de 
	  <m:math><m:ci>w</m:ci></m:math>, son graficados específicamente en el plano complejo, visto en la siguenta <cnxn target="eg1a_fig" strength="7">figura</cnxn>. Estos vectores muestran como la amplitud de la respuesta de frecuencia cambia cuando
	  <m:math><m:ci>w</m:ci></m:math> va de
	  <m:math><m:cn>0</m:cn></m:math> a
	  <m:math><m:apply><m:times/><m:cn>2</m:cn><m:pi/></m:apply></m:math>,
	  también muestra el significado físico en términos de  <cnxn target="freqr2" strength="9"/>. Se puede observar que cuando
	  <m:math><m:apply><m:eq/><m:ci>w</m:ci><m:cn>0</m:cn></m:apply></m:math>, el vector es mayor así que la respuesta de frecuencia tendrá la mayor amplitud. Cuando
	  <m:math><m:ci>w</m:ci></m:math> se acerca a 
	  <m:math><m:pi/></m:math>, el tamaño del vector disminuye junto con la amplitud de 
	  <m:math><m:apply><m:abs/><m:apply><m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>w</m:ci></m:apply></m:apply></m:math>. Ya que la transformada no contiene polos, nada mas tenemos un vector en vez de un radio como en la  <cnxn target="freqr2" strength="9"/>.
	</para>

    	<figure orient="horizontal" id="eg1_fig">
  	  <subfigure id="eg1_fig1">
		<name>Grafica de polos y ceros</name>
    	    	<media type="image/jpg" src="filt_eg1_pz.jpg"/>  	
	  </subfigure>
  	  <subfigure id="eg1_fig2">
		<name>Respuesta de Frecuancia: |H(w)|</name>
		<media type="image/jpg" src="filt_eg1_fig.jpg"/>
  	  </subfigure>
	  <caption>

La primera figura reprecenta la grafica de polos y ceros con unos cuantos vectores, la segunda muestra la respuesta de frecuancia que es maxima en +2 y es graficada entre positivo y negativo 
	    <m:math><m:pi/></m:math>.
	  </caption>
	</figure>
    </example>

     <example id="eg2">
     	<para id="eg2-1">
	   En este ejemplo, una función de transferencia más compleja es analizada para poder representar la respuesta de la frecuencia del sistema

	   <m:math display="block">
             <m:apply>
		<m:eq/>
 		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>z</m:ci>
                </m:apply>
		<m:apply>
		<m:divide/>
		<m:ci>z</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:ci>z</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:divide/>
		    <m:cn>1</m:cn>
		    <m:cn>2</m:cn>
		  </m:apply>	  	     
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:divide/>
		<m:cn>1</m:cn>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:divide/>
		      <m:cn>1</m:cn>
		      <m:cn>2</m:cn>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:power/>
		      <m:ci>z</m:ci>
		      <m:cn>-1</m:cn>
		    </m:apply>	
		  </m:apply>	  	       
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
  	  </m:math>
	  
	  <m:math display="block">	    
            <m:apply>
		<m:eq/>
 		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>w</m:ci>
                </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:divide/>
		<m:cn>1</m:cn>
	  	  <m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:divide/>
		      <m:cn>1</m:cn>
		      <m:cn>2</m:cn>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:exp/>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:apply>
			  <m:times/>
			  <m:imaginaryi/>
			  <m:ci>w</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>	
		  </m:apply>	  	       
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</para>
	
	<para id="eg2_figs">
Pedemos observar dos figures que describes las ecuaciones anteriores. La cnxn target="eg2_fig1"/&gt; representa la grafica sencilla de polos y ceros de la transformada-z,
	  
	  <m:math><m:apply><m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>w</m:ci></m:apply></m:math>.  <cnxn target="eg2_fig2"/> La secunda figura muestra la magnitud de la respuesta de frecuencia. Usando las formulas y lo dicho en la sección anterior, podemos ver que cuando
	  <m:math><m:apply><m:eq/><m:ci>w</m:ci><m:cn>0</m:cn></m:apply></m:math>
	la frecuencia será máxima ya que en este valor de,	  <m:math><m:ci>w</m:ci></m:math> el polo esta mas cerca del circulo unitario. El radio de la <cnxn target="freqr2" strength="9"/> nos ayuda a ver la conducción matemáticamente  y ver la relación entre las distancias del circulo unitario y los polos y los ceros. Cuando
	  <m:math><m:ci>w</m:ci></m:math> se mueve de
	  <m:math><m:cn>0</m:cn></m:math> a <m:math><m:pi/></m:math>,
observamos como el cero empieza a cubrir los efectos del polo y así hacer que la respuesta de frecuencia se vuelve casi igual a 
	  <m:math><m:cn>0</m:cn></m:math>.
	</para>

	<figure orient="horizontal" id="eg2_fig">
  	  <subfigure id="eg2_fig1">
		<name>Grafica de Polos y Ceros</name>
    	    	<media type="image/jpg" src="filt_eg2_pz.jpg"/>	  
	  </subfigure>
  	  <subfigure id="eg2_fig2">
		<name>Respuesta de Frecuencia: |H(w)|</name>
		<media type="image/jpg" src="filt_eg2_freq.jpg"/>
  	  </subfigure>
	  <caption>

La primera fir=gura representa la grafica de polos y ceros, la segunda muestra la respuesta de frecuencia que es maxima en +2 y es graficada entre positivo y negativo
		<m:math><m:pi/></m:math>.
	  </caption>
	</figure>

     </example>
    </section>
    
  </content>
</document>
