¿Existen filtros digitales de suavizado para los ADC tradicionales?

  

¿Existen filtros digitales de Anti Aliasing para los ADC tradicionales?

No en el sentido que estás discutiendo. Existen otras formas de "aliasing", pero parece que solo está considerando la conversión de analógico a digital. Si la señal ya es digital (para que pueda filtrarla digitalmente), entonces ya tiene un alias. Es demasiado tarde.

  

¿Dónde suelen poner las personas estos filtros? ¿En el IC para el propio ADC?

Estoy seguro de que puedes encontrar ADCs con filtros integrados, pero no es la norma. Diferentes diseños tienen diferentes requisitos de filtrado. Puede que necesite un filtro de fase lineal, o no. Es posible que necesite un rendimiento muy bueno o un costo muy bajo. Es posible que ni siquiera necesite filtrar, si sabe qué frecuencias puede contener su señal analógica.

  

¿Son los filtros físicamente grandes (por ejemplo, a través de condensadores de orificio, inductores y resistencias) la norma?

En realidad no, por razones de costo. Necesita componentes más grandes si necesita manejar más potencia. Por lo general, una potencia alta no es algo que se necesita para conducir un ADC. También puede ser que un diseño particular requiera una alta capacitancia o una alta inductancia que solo se pueda lograr a través de componentes grandes, pero un buen ingeniero lo evitará si es posible. Mucho mejor usar un condensador SMT de 2 centavos, que un electrolítico de 20 centavos a través del orificio, siempre que sea posible.

La entrada a un filtro digital será necesariamente algo que se muestrea a una cierta tasa. Para que el filtro haga algo útil, esa tasa debe ser más del doble de la frecuencia de corte deseada. La mayoría de los convertidores de analógico a digital están diseñados para realizar conversiones a la frecuencia de muestreo de salida deseada, y las frecuencias de muestreo de salida a menudo se eligen para ser más de 2 veces la frecuencia más alta de interés, pero no en una cantidad enorme. Eso limita un poco la utilidad del filtrado digital en muchos casos.

Sin embargo, algunos CODEC de audio incluyen el filtrado digital. No estoy seguro de cómo se implementa todo internamente, pero un chip que he usado se diseñó de modo que cuando se usa con una frecuencia de muestreo de 8 KHz, aplique un filtro con un corte brusco de 3.5 KHz, pero las señales superen los 5.5 Khz volvería a la banda de base. Ese diseño permitió una ligera simplificación en la interfaz analógica; ya que significaba que la banda de paso analógica podía extenderse hasta 4.5Khz, en lugar de solo 4KHz, lo que le da al front-end 500Hz extra para jugar.

Conceptualmente, no debería ser difícil para un ADC de frecuencia de audio sobredimensionar internamente para permitir que la banda de paso analógica se extienda otra octava o dos, y creo que he visto chips CODEC que hacen eso, pero no estoy familiarizado con ellos. Vale la pena señalar que muchos convertidores delta-sigma tienen una tasa de muestreo inherente que es mucho más rápida que su tasa de muestreo de salida, pero produce muestras con mucho ruido; la salida de dichos convertidores se filtra digitalmente para producir un flujo de audio digital a una frecuencia de muestreo mucho más baja. Creo que así es como funcionan los chips de sonido de PC más baratos, pero no conozco los detalles.

Sí, muchos \ $ \ Delta \ Sigma \ $ converters tienen filtros digitales de suavizado (y decimación) FIR.

Eso es posible debido a la arquitectura: en realidad están sobreexplotando y decimando hasta la frecuencia de muestreo de salida. La ventaja de un filtro anti-aliasing digital es que puede ser fácilmente un filtro de alto orden con una frecuencia de corte marcada que está casi a la tasa de Nyquist de \ $ 0.5 \ cdot F_S \ $.

(Veaelenlacedeabajoparalafiguraanterior,JoeH.)

Esposiblequeaúnnecesiteunfiltroanti-aliasanalógico(analógico)delantedelconvertidordesobremuestreosihayalgunaseñalocontenidoderuidoallíarriba,perolasdemandasdeesteserelajansignificativamente.Consulte,porejemplo,el ADS1278 que tiene un exceso de muestreo de 64x o 128x.

  

ADCs

Todos los filtros anti-aliasing de ADC que conozco son analógicos, es decir, filtran la señal analógica antes de muestrearla. Debido a que un ADC puede tener su tasa de conversión generalmente controlable desde casi DC hasta S \ $ _ {MAX} \ $, no tiene sentido tener el filtro integrado en el dispositivo, pero no impediría que esto suceda en algunos dispositivos.

  

Decimación

Hay filtros digitales de suavizado y estos se usan (exclusivamente en el ámbito digital) para convertir de una frecuencia de muestreo particular a una frecuencia de muestreo más baja; el aliasing puede ocurrir aquí como lo puede hacer en un ADC; por ejemplo, usted no puede simplemente tirar todas las demás muestras y esperar lograr la reducción digital de la muestra; debe filtrar la señal para tener en cuenta la frecuencia de la muestra diezmada y luego desechar las muestras. Por lo general, agrega dos muestras juntas y se divide por dos: esto elimina las señales fuera de banda a la nueva tasa más baja. Todos lo han hecho o reconocen la idea.

  

DACs

Para ampliar mi respuesta, pensé que mencionaría un filtro requerido para linealizar una salida DAC. Si muestrea una onda sinusoidal cerca de la frecuencia máxima (antes de encontrar problemas de asignación de alias) y luego reconstruyó el valor analógico con un DAC, no obtendría la misma señal de amplitud que la analógica original; esto se debe a que la mayoría (tal vez todas) tienden a atenuarse la señal de salida a expence de producir un mayor contenido RMS de ruido de muestreo fuera de banda. En su opinión, una señal de baja frecuencia que se cuantifica a una alta velocidad se verá bastante similar a la entrada original del ADC: tendrá un pequeño elemento blando debido a la cuantización pero, a medida que la frecuencia de entrada se acerca al máximo, el " Las partes blandas se hacen cada vez más grandes, mientras que el valor analógico real producido se hace cada vez más pequeño y, por esta razón, a veces es necesario usar un filtro anti-sinc. La nota de aplicación de Maxim 3853 ofrece una explicación decente.