¿Ventajas de filtrar señales usando métodos analógicos o digitales?

Dos partes a esta respuesta. La primera es que no existe un filtro digital anti-aliasing. Antes de que la señal analógica pueda convertirse en un dispositivo computacional para su procesamiento, uno debe garantizar que se cumplan los criterios de Nyquist, o al menos que las violaciones sean pequeñas. Esto significa que, en muchos casos, se requiere un filtrado analógico de algún nivel.

Después de eso, asumiendo que puede obtener su señal en un dispositivo computacional, el filtrado puede ser un proceso digital, y la decisión de ser analógico o digital dependerá de numerosos factores. Por ejemplo, ¿cuánto poder computacional necesita para lograr lo que está tratando de lograr? ¿Significa pasar a un microcontrolador más grande, o incluso a un DSP? ¿Cuánto costará esto? ¿Hay experiencia en el lugar para que esto ocurra? ¿Cuánto tiempo tomará el desarrollo? ¿Está comenzando desde una pizarra en blanco, o necesita calzar el filtro en una bolsa grande de código existente, lo que significa que puede haber problemas de administración de proyectos? ¿La gente de firmware es igual a la gente de hardware, o es un equipo completamente diferente?

De hecho, si ya ha prefiltrado para el muestreo, ¿una modesta adición analógica a su circuito se ocupará de sus problemas? ¿Costará esto menos que hacerlo digitalmente? ¿Hay espacio en tu tablero para hacerlo? ¿Ya tienes opamps de repuesto en tu pizarra?

Algunas personas pueden toparse con problemas regulatorios. Por ejemplo, si se trata de un dispositivo médico, el software y el hardware se consideran dispositivos separados, y la cantidad de dinero / tiempo que gastará en tratar con la validación / verificación dependerá de si utiliza el filtrado de hardware filtrado digital.

A veces puede tener algunos problemas con la frecuencia de muestreo y con la cantidad de espacio que tiene en el dominio de la frecuencia para realizar el filtrado. Por ejemplo, si realiza una muestra a 200 Hz y necesita un filtro limpio a 98 Hz, será difícil hacerlo digitalmente. De hecho, es posible que necesite sobreexplotar o aumentar la muestra, filtrar y luego diezmar. Tales problemas no aparecen en el dominio analógico (aunque los filtros empinados pueden ser costosos).

Además, el filtrado puede ralentizar el hardware. Es posible que necesite usar palabras más grandes de lo que dicta su ADC para asegurarse de no desbordar. Puedes estar agregando un montón de divisiones lentas. Si necesitas velocidad y tu plataforma digital es marginal, eso podría empujarte hacia lo analógico.

Está olvidando el requisito subyacente y de fondo para los filtros digitales: la entrada analógica debe tener un ancho de banda inferior a la mitad de la frecuencia de muestreo. Sin filtros analógicos en el primer ADC, no se garantiza que los filtros digitales cumplan con este criterio, y el aliasing es un gran problema potencial.

Con el primer obstáculo alcanzado, los filtros digitales tienen una gran ventaja en la realización de filtros complejos de alto orden. No sufren deriva de componentes ni sensibilidad. Para filtros analógicos de alto orden, esto puede ser un problema importante. Los condensadores simplemente no se producen con una precisión extremadamente alta, por lo que cualquier filtro de este tipo requerirá un proceso de ajuste complejo y costoso, y luego puede degradarse con el tiempo a medida que los componentes envejecen.

Entonces llega a ser una llamada de juicio. Si los costos bajos de los componentes y la baja complejidad están sobre la mesa, los filtros analógicos suelen ser los mejores.

Si se necesita alto rendimiento (orden alto y características precisas del filtro), o una estabilidad muy alta, generalmente se indica digital. Y, por último, si las características del filtro deben cambiar, un filtro digital generalmente se puede reprogramar, mientras que un filtro analógico generalmente tendrá que ser reemplazado.

1) Los filtros analógicos se utilizan cuando su desplazamiento de fase inherente no es un problema, y no es necesario un corte brusco en la respuesta.

2) Los filtros digitales se utilizan mejor para el filtrado en banda y pendientes IIR complejas (roll-off muy pronunciadas), que no son posibles con filtros analógicos.

3) Los dos tipos se combinan a menudo cuando se utilizan convertidores ADC. Un simple filtro analógico elimina las frecuencias fuera de banda que el ADC no necesita, y ayuda a prevenir los errores de Nyquist en función de la frecuencia de muestreo de los ADC, incluido cualquier contenido de CC no deseado. Frecuencias donde se necesita una banda de paso estrecha para extraer información útil. Los filtros de peine emplean varias bandas de paso, o el ADC puede estar buscando una 'forma de onda' dentro de una banda ancha pero con frecuencias de corte nítidas.

Antes de aplicar el filtrado digital, se debe realizar una conversión A / D. Para hacer esto, se requiere un filtro para evitar el alias. Dependiendo del tipo de ADC y la cantidad de sobremuestreo, un simple filtro RC es suficiente o se requiere un filtro activo.

Después de la conversión A / D, es posible el filtrado digital, pero la calidad de la señal aún está limitada por la calidad del ADC.

Si la señal filtrada es necesaria en el dominio analógico, debe seguir una conversión D / A. Esto introduce el consumo de energía y la latencia. Para algunas aplicaciones (por ejemplo, la cancelación de ruido), la latencia puede ser bastante difícil.

Sin embargo, el filtrado digital tiene muchas ventajas y, debido a la escala, los circuitos digitales pueden hacerse muy pequeños y eficientes. Por esta razón, hay una clara tendencia hacia el procesamiento de la señal digital.

Dado que el mundo que nos rodea es analógico, los filtros analógicos serán necesarios durante mucho tiempo para los circuitos de interfaz y similares.