Filtro anti alias + DC offset

2

Estoy buscando muestrear una señal en un microcontrolador, el ADC tomará muestras a ~ 38.5 Khz con 8 bits de profundidad. El rango dinámico está dado por 6.021 * N + 1.763 dB, por lo que en este caso estoy obteniendo ~ 49.92 dB, lo que significa que debo atenuar la señal al respecto en la frecuencia Nyquist. de 19.25 Khz.

Después de algunos experimentos con el laboratorio de filtros de TI, obtuve la siguiente implementación de un LPF de cuarto orden:

Mepreguntabaacercadelaimpedanciadeentradadelcircuito,asíqueingresérápidamenteenMultisimyobtuvelosiguiente:

A20Hz,laentradaZesdeaproximadamente750KOhm,locualeslosuficientementebuenoparamí,sinembargo,amedidaqueavanzamoshacia1KHz,lascifrasbajanaaproximadamente16KOhm.A4KHz(bandadepaso),laentradaZessolode4KOhm.

Laspreguntasson:

  1. ¿Cómopuedomejorareso?¿Hayalgoquepuedahacersinagregarunaetapaadicionaldebúferop-ampdelantedelfiltro?
  2. DadoqueelADCesunsuministroúnico,tendréquedesviarlaseñalaVCC/2.¿Cómopuedohaceresosinmatarlarespuestadelfiltro?Parecequeagregarunlímitealasalidayundivisordevoltajetendráunefectomuydramáticoenlabajafrecuencia.respuesta.

Tambiénesposibleunfiltropasivo(peroentradabajaZ):

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
pregunta user34920

2 respuestas

4
  

¿Cómo puedo mejorar eso? ¿Hay algo que pueda hacer sin agregar una etapa adicional de búfer op-amp frente al filtro?

Se puede aumentar la impedancia de entrada escalando los componentes del primer filtro (R1, R2, C1, C2). Aumente la resistencia de la escala hacia arriba mientras la escala de los condensadores hacia abajo mantiene la misma frecuencia de corte. Aún así, la impedancia de la fuente se agrega a R1 ... si su impedancia de fuente de señal es conocida, y estable, haga que R1 sea más pequeño. Ejemplo: filtro de escala por diez: R1 = 27.4K, R2 = 37.4K, C1 = 1nF, C2 = 1.2nF
Si su resistencia de fuente es 1K, entonces haga que R1 = 26.4K.

  

Dado que el ADC es de suministro único, tendré que desviar la señal a VCC / 2. ¿Cómo puedo hacer eso sin matar la respuesta del filtro? Parece que agregar un límite a la salida y un divisor de voltaje tendrá un efecto muy dramático en la baja frecuencia. respuesta.

Puede agregar un divisor de voltaje de 2 resistencias para generar una entrada de CC. Como ambos amplificadores operacionales tienen una ganancia de CC de 1, este voltaje aparecerá en la salida del filtro (más o menos los voltajes de compensación pequeños del amplificador operacional). Los resistores de polarización de 100k mostrados reducirán la resistencia de la fuente (Rsource) solo ligeramente. Incorporando la escala del filtro, y restando Rsource de 1K, y agregando el desplazamiento de DC, su filtro ahora tiene este aspecto:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab Utilice amplificadores operacionales que tengan corrientes de polarización baja, de modo que las resistencias de polarización de gran valor más las resistencias de filtro conectadas en serie no causen errores de compensación de CC. Además, tenga en cuenta que la escala del filtro aumenta la tensión de ruido térmico. Si su filtro se usa con señales de entrada muy pequeñas, escalar esas resistencias de entrada impactará el piso de ruido. Para un A-to-D de 8 bits, esto no debería ser un problema.

    
respondido por el glen_geek
2

Piense en cuál es el espectro completo de su señal de entrada y cuánto espectro le gustaría mantener, es decir, que no se vea afectado por el filtro anti alias.

Si, por ejemplo, solo le interesa mantener la CC a 5 kHz, la frecuencia más baja que se sumará al alias y a su ancho de banda original de 5 kHz será de 33 kHz (basado en una frecuencia de Nyquist de 19 kHz ). Esta frecuencia y mayor necesitan ser erradicadas a un nivel pequeño. Pero, ¿cuán pequeños son el ruido y los armónicos a 33 kHz o más?

Entonces, su filtro de paso bajo comienza a interrumpirse a aproximadamente 5 kHz y reduce las señales hasta en 50 dB a 33 kHz. Pero, si no crees que haya una amplitud significativa de nada a 33 kHz, entonces la reducción de la amplitud (provocada por el filtro anti-alias) solo debe ser (por ejemplo) 20 dB o 10 dB.

Se trata de pensar con sensatez lo que necesitas y diseñar un filtro anti alias que funcione lo suficiente pero no más que eso. Al leer entre líneas, me parece que un filtro de segundo orden podría ser suficiente para liberar un amplificador operacional para usarlo como búfer.

Recuerde que este es el diseño de un filtro anti-alias y, usando los principios descritos anteriormente, no significa que no haya algunas señales de alias que residan por encima de los 5 kHz, sin embargo, en este ejemplo, asumí que nada en el dominio digital por encima de 5 kHz puede ignorarse y, si es necesario, eliminarse con filtros digitales o con filtros DAC posteriores. Mantener el ancho de banda prístino deseado es lo que pretende hacer un filtro anti alias.

Si desea que su filtro anti alias haga más que la función básica de mantener una sección de ancho de banda libre de ser plegada, entonces necesita proporcionar más información pero, en última instancia, debe comprender los principios involucrados y pensar qué quieres un poco más duro.

Aquí hay una imagen de lo que quiero decir: -

La curva roja es su espectro de entrada, incluidos los armónicos (que no le interesa) y el ruido de frecuencia superior (que tampoco le interesa). La curva azul es un plegado (imagen de espejo) del espectro de entrada que potencialmente puede interrumpir el área prístina de DC a 5 kHz.

Dibujé una pequeña flecha verde a 33 kHz y también una a 5 kHz para mostrar cómo 33 kHz se pliega a 5 kHz. Por lo tanto, si la amplitud de 33 kHz solo necesita una reducción adicional de 10 o 20 dB para que la versión plegada sea aceptable a 5 kHz, eso es todo lo que el filtro anti-alias debe lograr.

    
respondido por el Andy aka

Lea otras preguntas en las etiquetas

Comentarios Recientes

en 512x480 24 bit + anillo AA de Sony VP88 - escala de velocidad de imagen + -9 aumento de detalle de pico + salida de interruptor de velocidad de cuadro para i2cBELARIA Exceso de energía térmica Detección de fase ND74nized sincronización activa y matriz de potencia fantasma Detección de fase VTNC + iluminación beta + gradación de color orgánico difusa más soporte de filtrado alfa Diseño físico + texturas originales + módulos animados dentro de la caja de diseño de RF Diseño físico + detalle acústico... Lees verder