¿Debo poner siempre un filtro de paso bajo en una entrada de ADC?

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Soy un aficionado reciente de EE y nuevo en los microcontroladores.

He construido un circuito de prueba para realizar mediciones con un termopar tipo K, un PT1000 y un sensor de oxígeno. Las señales débiles pasan a través de un filtro de paso bajo para eliminar el ruido de alta frecuencia y son amplificadas por los OP antes de ir a las entradas ADC de un Atmega328p (no Arduino).

En mi código, estoy haciendo una cancelación de ruido con la suspensión de la CPU / la interrupción del ADC, el exceso de muestreo 16x y creando un promedio móvil.

Las mediciones son estables si el circuito se alimenta a través del USB de una computadora portátil y es particularmente estable si la computadora portátil está conectada a CA. Pero cuando el dispositivo se alimenta con una verruga de pared, las lecturas son muy inestables a menos que conecte a tierra el circuito. Las lecturas también son estables sin sensores conectados, es decir, el PT1000 con su cable de 4 m reemplazado por una resistencia.

Poner un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte de 1.59 Hz frente a la entrada del ADC ayuda mucho y estabiliza las mediciones, así que supongo que mi circuito sufre de un ruido de 50/60 Hz.

Entonces, mi pregunta: para señales tan lentas, ¿es una buena idea poner siempre un filtro de paso tan bajo delante de la entrada del ADC o simplemente conectaría el dispositivo a tierra? Lo que sería extraño al alimentar el dispositivo con baterías o una fuente de alimentación sin conexión a tierra.

    
pregunta Torsten Römer

2 respuestas

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Por lo general, es una buena idea colocar un filtro anti-alias delante de la entrada del ADC y si esto también elimina el ruido no deseado de la señal, también es útil. Sin embargo, no creo que el filtro sea la respuesta completa a por qué su circuito sufre "variaciones" cuando se desconecta de la fuente de CA. Debe intentar usar un divisor de resistencia de resistencia para reducir a la mitad el riel dc a su ADC e introducir esto en la entrada para ver si es (de alguna manera) un problema de ADC o un problema externo. Podría ser un problema con los cables en la entrada y existe la posibilidad de captar CA magnéticamente o podría ser otra cosa.

También vale la pena decir que permitir un poco de ruido de alta frecuencia a través de su señal puede llevar a resultados de alta resolución, lo que se denomina interpolación.

    
respondido por el Andy aka
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Desea colocar un filtro de paso bajo en cualquier entrada de ADC (excepto los tipos de muy alta velocidad que se utilizan para adquirir señales de muy alta velocidad). La captación de 60 Hz no es la única fuente de ruido de la que debe preocuparse. El ruido de la línea de los motores cercanos es otro, por no hablar de las estaciones de radio y tal. La razón por la que tiene que preocuparse por estas fuentes de alta frecuencia es que las uniones de transistores pueden actuar como rectificadores, e incluso las señales de radio pueden aparecer ocasionalmente en ADCs de baja frecuencia debido a este efecto. Cuanto menos muestree la señal, más importante es esto.

Se puede pensar que los filtros de entrada tratan con dos fuentes diferentes de "ruido". El primero es aspectos de la señal original que están simplemente más allá del límite de Nyquist, y en esta función se conoce como un filtro antialiasing. El segundo es el ruido inyectado que está más allá de las capacidades del circuito que lo maneja. En este aspecto, es particularmente importante proporcionar filtros en el punto donde la señal externa, como las entradas de un sensor de temperatura, ingresan a la electrónica. Esto se aplica especialmente a los amplificadores de acondicionamiento de señal.

Entonces, realmente hay dos filtros en los que pensar: entrada del sistema y entrada ADC. Los filtros de entrada del sistema deben ser capaces de rechazar frecuencias muy altas; piense en capacitores cerámicos con valores bastante bajos. Los filtros de ADC no necesariamente tienen que estar separados de los indicadores de acondicionamiento de señal; puede incorporarlos en la etapa de ganancia, generalmente con un solo condensador agregado a través de la resistencia de realimentación de ajuste de ganancia.

Por supuesto, no desea sobre filtrar la señal y perder información, por lo que debe prestar un poco de atención a qué frecuencias son importantes para usted. Otra posibilidad es muestrear su señal a una velocidad mayor de la que cree que necesita y luego realizar un filtro de paso bajo en el software. Esto no es necesariamente un gran problema, ya que un promedio de carrera simple equivaldrá a una sola sección RC. Me doy cuenta de que has hecho exactamente esto. Lo que no se da cuenta es que para obtener una frecuencia de filtro más baja, debe realizar el promedio de ejecución en una cadena de datos más larga. Puedes intentar jugar con esto. Tenga en cuenta que esto puede ser computacionalmente eficiente, pero a costa de un mayor almacenamiento intermedio. Es decir, si asigna una sección de memoria a sus datos sin procesar, puede mantener una variable como el total acumulado con la adición de los nuevos datos en una base de muestra por muestra al mismo tiempo que se restan los datos más antiguos de la total. Después de recorrer las muestras suficientes, el total habrá eliminado todos los datos de la muestra no válidos, y estará bien después de eso.

    
respondido por el WhatRoughBeast

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