Elevar la SNR de la señal de pulso mediante un filtro LC pasivo

En tu pregunta hay muchas suposiciones falsas en las que no voy a entrar ahora, pero depende de cuál sea tu juego final. 50% de detección de ancho de pulso con baja fluctuación o máxima SNR con área bajo el pulso o tal vez detección de tiempo pico para seguimiento Doppler con antena múltiple.?

  

Me gusta ... Los amplificadores operacionales tienen una impedancia de salida de 0 ohmios debido a Zout = Zol / Aol = 300R / 1e6 para ganancia unitaria. Pero para un tipo BJT con un efecto de ESR de 300 ohmios desde la limitación de corriente, la velocidad de respuesta se limita a la amplitud de la señal por el límite de corriente en la carga de capacitancia y no a Zout o al mayor GBW.

@analogsystemsrf tiene la idea correcta con un "filtro coincidente", pero nuevamente depende de lo anterior.

Pero tengo un enfoque ligeramente diferente al observar el ancho de pulso al 50% del pico V o PW50, como lo llamamos, la resolución de ruido y el retardo de grupo. Si el retraso del pulso es malo, entonces el filtro de orden alto es malo, ya que el retraso del grupo aumenta con el orden de magnitud.

Así que decidí usar Falstad ya que tenía filtros incorporados para LPF elíptico y Butterworth de décimo orden a 1kHz, que pueden escalarse a 1MHz para los trayectos de alcance que convierten ms para nosotros.

Las trazas de alcance deben hablar volúmenes si comprende los conceptos anteriores.

ElsimuladordeFalstad.comtambiéntieneungeneradorderuidoPSRGllamado"Antena", el cual he escalado la ganancia para obtener una descripción aproximada de su SNR. Puede ser un poco peor que la señal que se muestra a continuación como Señal más ruido. que alimenta 3 filtros para la comparación de una impedancia de fuente de 0 amperios de amplificador operacional.

Si proporciona especificaciones para PW50, SNR, espectro de ruido, retardo de grupo, distorsión de retardo y PW50, entonces puedo decirle cuál es el mejor enfoque.

  

Hasta entonces, ¿cuál te gusta más?

Si desea conservar la forma de onda de sus pulsos, entonces querrá filtros que tengan un buen rendimiento en el dominio del tiempo. Dichos filtros no son nítidos en el dominio de la frecuencia. Bessel es probablemente el mejor para que lo intente. Butterworth tiene un poco de exceso, por lo que no es tan bueno como Bessel. En órdenes bajas, la penalización del dominio de tiempo de Butterworth no es tan mala. Los tipos de corte agudo como Chebychev o elíptica o Cauer no son para usted. Un filtro gaussiano podría funcionar pero no he creado uno. los filtros graduales serán más tolerantes a las bobinas SMD de baja Q y los diferenciales de valor de los componentes.

Para recuperar mejor los pulsos del ruido, en ruido gaussiano blanco (plano de banda ancha), teóricamente es mejor un filtro adaptado. Si su ruido es un ancho de banda mucho más amplio que el pulso / armónicos, entonces un simple LPF de 1 polo le da una idea del posible resultado.

[editar] Si conoce ---- EXACTAMENTE ----- la forma del pulso, entonces implemente un correlacionador de retardo de tiempo usando líneas de retardo (piezas de cable coaxial) y multiplicadores analógicos para proporcionar el peso de las muestras ; Vi esto hecho, hace décadas, en 150 MegaBit / segundo bit sincronizadores para la recuperación de datos de telemetría. Utilizando los métodos de hoy, puede muestrear varias veces por Trise y Tfall, y luego implementar el correlador en un algoritmo de acumulación múltiple. ¿Con qué precisión desea "medir" la amplitud del pulso?

Aquí hay un pulso rápido en un filtro lento, sin ruido. Utilicé esta configuración, para que pueda ver numerosos lóbulos de sin (x) / x en "entrada de espectro (mag)". Observe que el botón superior "espectro de fase" no está habilitado; Si estuviera habilitado, veríamos 8 parcelas. Esta herramienta utiliza el cálculo de FFT, combinando el espectro de la forma de onda de entrada con el espectro del sistema para calcular el espectro de salida (mag / phase), y luego utiliza IFFT para calcular la forma de onda del tiempo de salida.

El Trise es de 25 nanosegundos, Tfall 225, con un tiempo muerto de 250 nS hasta el próximo pulso. El "sistema" es 1MHz RC LPF, por lo que Filter Tau es 1 / 6.28 = 160 nanosegundos.

Ahoraexamineelpulsocon+10dBSNR(elanchodebandadelruidoestáfueradelatasadeNyquist).MostrarélaconfiguracióndeSNR_controlen3rdPNG.

Lasalidaesmuchomáslentaquelaentrada(elimpulsodeTriseesde25nS,elfiltrodeTriseesde160),loquereducelaamplitudde1voltioa0.4voltiosmientrasreduceelruidoengranmedida.Paradiferentesformasdeondaderuido,simplementepresione"Ejecutar" otra vez; el ruido se genera aleatoriamente.

Compare el "espectro de entrada" con el "espectro de salida" y observe que las frecuencias más altas de "salida" se eliminan del ruido.

YaquíescómopuedeajustarlaSNR[lacasillade"ruido" inferior izquierda]

UtilicéelRCLPFcomoejemplo.OtraopcióneselLC(2polos)conamortiguaciónseleccionable(Factordecalidad).

Supulsodecaídalentadesubidarápidaeseldesafío.Lamayorpartedetuenergíaeslenta.AquíestálaconfiguraciónparaelfiltroLC(Qde1)

AquíestálarespuestadepulsoparaelfiltroLC.ConelpropósitoderealizarunmodeladoFFTeficiente(SignalWaveformExplorerusamodelosFFTdeformadeondadeentradaydelsistema),heusadosolounapequeñaseparacióndetiempodelospulsos;suseparaciónesde5.000uSylasformasdeondadesalidasesepararán.

Parece que el filtro LC de 2MHz (Q = 1) sería mejor ... pero tus pulsos están separados por 5,000 uS.

Observe el retraso sustancial de la LC (lowpassLRC en Signal Wave Explorer).

NOTA de los proyectos de recuperación de datos: en el diseño del sincronizador de bits (hoy en día se llama módems), el ruido se especificó en ancho de banda de velocidad de media velocidad para datos NRZ. Así, un flujo de datos de 1MegaBit / segundo, o 1uS / bit, se filtraría a 500 KHz.