Как выбрать частоту среза фильтра нижних частот для аналогового входа?

Я хотел бы прочитать аналоговый вход от датчика температуры или датчика давления, который измеряет значение медленного процесса, скажем, с временем нарастания 1 с. Я знаю, что использование фильтра нижних частот является распространенным подходом при разработке схемы для считывания аналоговых значений, однако я не уверен, каким будет подход к выбору частоты среза.

Я знаю, что ответ будет таким: это зависит от типа ожидаемого шума, поэтому вдобавок я хотел бы предоставить некоторые подробности.

  1. Допустим, мы хотели бы отфильтровать общие радиочастоты. Какова будет общая частота среза в этом случае? Будет ли достаточно частоты среза 1 МГц?

  2. Что делать, если система расположена рядом с проводами под напряжением на расстоянии 10 см и относительно высокими токами 1-3А. Я думаю, мы также хотели бы отфильтровать 50-60 Гц. Какова разумная частота среза в этом случае? Будет ли достаточно частоты среза 10 Гц?

Выбор низких частот среза приносит свои проблемы. Фильтр нижних частот введет медленное время нарастания и предотвратит измерение быстрой динамики в процессах. Обычный фильтр нижних частот с частотой 10 Гц будет иметь время нарастания ~ 10 мс, что означает, что нам потребуется не менее 50 мс, прежде чем измерять стабильное аналоговое значение на переходной характеристике. Поскольку мой процесс довольно медленный, я могу с комфортом ввести время выборки 500 мс.

Действительно ли необходима фильтрация шума 50 Гц с помощью фильтра нижних частот. Могу ли я фильтровать радиочастотный спектр только с помощью фильтра нижних частот и ввести дополнительный цифровой фильтр (программный оконный фильтр), чтобы отфильтровать 50 Гц. Будет ли это лучшим подходом?

Я знаю, что входная емкость АЦП также должна учитываться для точного измерения, но я не думаю, что это действительно необходимо при таком малом времени выборки 0,5 с. Но я не уверен на 100%.

Филл, такого рода проблемы (очень близкие к постоянному току), как правило, имеют значительные, уникальные проблемы шума 1/f (которые коррелированы и могут быть решены с помощью коррелированной двойной выборки). подход, а также. Сам по себе фильтр нижних частот, вероятно, является одним из худших (но очевидных) способов решения проблемы. Но тогда детали имеют значение. Так что я не могу просто предложить яркий ответ. Я думаю, что для того, чтобы лучше знать, что предложить, потребуется полная экспозиция вашей среды, а не только датчики.

Ответы (3)

Если вы хотите производить выборку с интервалом 500 мс, тогда ваша частота выборки составляет 2 Гц, и вы должны разработать фильтр нижних частот с отсечкой менее 1 Гц, чтобы избежать наложения спектров.

Однако я бы перевернул эту логику и вместо этого спросил, как быстро ваше оборудование может сэмплировать? У вас есть часы выборки в вашем АЦП? Если это так, то выбор более высокой частоты (возможно, 1 кГц), а затем использование цифрового фильтра нижних частот с частотой 1 Гц (который может быть очень резким и иметь более высокое подавление, чем аналоговый фильтр) в сочетании с аналоговым фильтром нижних частот с частотой 10 Гц даст вам гораздо больше. лучшее подавление шума, чем попытка отклонить все с помощью одного фильтра.

И наоборот, если это необработанный АЦП без часов, который вы просто периодически считываете, то цифровой фильтр не будет работать должным образом. В этом случае вам, вероятно, понадобится фильтр нижних частот с частотой 1 Гц.

Аппаратная скорость АЦП не является проблемой. Я буду использовать STM32 с АЦП с макс. тактовая частота 42МГц. Я думал, что буду использовать сэмплы только каждые 0,5 с, но думаю, было бы лучше, если бы я использовал все сэмплы и просто использовал цифровой фильтр с окном 0,5 с. Согласны ли вы с тем, что было бы лучше использовать фильтр нижних частот только для радиочастот и отбрасывать шум 50 Гц с помощью цифрового фильтра?
@PhillDonn Это очень быстрый АЦП для такого приложения. Часто АЦП мегагерцового класса имеют минимальную частоту дискретизации. Если это так, вам придется использовать по крайней мере эту скорость.
АЦП имеет встроенные регистры для программного управления частотой дискретизации. Я больше думал о 1kSps или 10kSps с фильтром нижних частот 100Hz или 1kHz. Я считаю, что с этими регистрами я могу снизить скорость до 42 тыс. выборок в секунду. Если я хочу пойти еще ниже, я могу сделать прерывание выборки АЦП управляемым, поэтому время выборки в смысле аппаратных возможностей имеет полный диапазон, поэтому я не думаю, что это проблема. Я больше озадачен тем, существуют ли какие-то стандартные фильтры нижних частот для фильтрации радиочастотного шума и каковы их частоты среза. Как выбрать частоту среза?
Стандартных фильтров нижних частот нет, вы выбираете тот, который вам нужен. Невозможно иметь один фильтр, работающий для каждой возможной частоты дискретизации.

Чем ниже частота среза, тем лучше. Если вам нужны только значения постоянного тока, вы можете использовать суперконденсатор порядка нескольких фарад.

Суперконденсатор на 1 Ф, даже если бы он был идеально линейным и избегал утечки (он не делает этого, поскольку оптимизирован для накопления энергии, а не для обработки сигналов), имел бы неприемлемо низкую частоту среза при любом чувствительном сопротивлении (например, 100 Ом). Ом -> 1,5 мГц). Сигнал «довольно медленный», но предложенный вами фильтр является чрезмерным и сделает изменение этого сигнала неизмеримым. «1 с времени нарастания» и «только постоянный ток» несовместимы.
Да, но низкая частота среза удаляет любую составляющую переменного тока, чего и хочет оператор.
Да, и он также убирает переменную составляющую на интересующей частоте.
Мой вопрос был больше склонен к подходу выбора частоты среза в моем случае, а не к выбору фильтра с минимально возможной частотой среза.
Да, но «время нарастания в 1 с» вводит некоторый компонент переменного тока, чего также хочет ОП.

Если вы хотите отменить какой-либо переменный ток, просто посмотрите мой ответ ниже. Если вам нужен только какой-то переменный ток определенной частоты, вам следует использовать полосовой фильтр с высокой добротностью желаемой резонансной частоты.

Извините, но этот ответ имеет так же мало смысла, как и предыдущий. И проблема, кажется, в легкомысленном использовании терминов переменного и постоянного тока. Изменяется ли 5В на 0,5В в течение 1 часа постоянным или переменным током? А 1 минута? 1 секунда? Если OP хочет считывать переменные значения с датчика температуры, это автоматически означает, что есть некоторая полоса пропускания сигнала, которая должна пройти. Тоже "резонансный"?! Какое отношение резонанс (усиление) имеет к фильтрации (затуханию)? Так называемые резонансные фильтры не в вопросе OP. Вы действительно должны следить за значением технических терминов, прежде чем использовать их.
Как выбрать частоту среза фильтра нижних частот для аналогового входа?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v