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Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP sample and hold ein antialiasing filter?


Autor: daniel (Gast)
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Hallo peoplz,

ich hab mich früher immer über den Sinn eines
Sample and Hold Gliedes gewundert. Ich meine,
wenn ich zum Zeitpunkt t eine Signalamplitude
abtaste .. wäre es doch bloss natürlich, den
resultierenden Wert als einen Mittelwert der
Schwankungen während der Abtastzeit tA zu nehmen.
Wenn ich dagegen die Amplitude auf einem
konstanten Wert halte, dann "vergesse" ich
alle zeitnahe Information (deltaT davor und danach).
Damit bekomme ich eine "Ungewissheit" rein.
Mal angenommen, ich verschiebe das ursprüngliche
Signal um t0, dann werden die Abtastwerte zu
verschobenen Zeitpunkten statfinden .. und
damit werden die Abtastwerte anders ausfallen.
Wenn ich t0 zwischen 0 und tA variire und
Quadrat der Differenzen der Abtastwerte t_i
berechne ... dann wird der Fehler abschätzbar.
Ich frage mich, ob dieser Vorgang ähnlich
dem Quantisierungsrauschen einen Rauschen verursacht?

doch zurück zum S&H Glied
Ich hatte die Idee S&H aus einer anderen Perspektive
zu betrachten, nämlich als einen Antialiasing Filter.
Und zwar denke ich, wenn ich einen Wert während
der gesamten Abtastzeit konstant halte, dann "glätte"
ich den Signalverlauf. Hmm .. und zwar, angenommen
ich würde es nicht tun, dann würden die
Signaländerungen sichtbar sein. Diese Signaländerungen
entsprechen sin/cos Schwingunen der höheren Frequenzen.
Genauso wie eine steile Flanke eines Rechteckes
einen sin braucht, der sehr schnell nach oben wächst ..
was nur ein sin mit sehr sehr hohen Frequenz leisten kann.
Ist diese Sicht korrekt?
Ist sample and hold eine Art glättender Tiefpassfilter,
und somit nötlig um Aliasing zu verhindern?

Grüsse, Daniel

Autor: Andrea (Gast)
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Ich kann dir nicht ganz folgen.

Warum soll S&H nicht schlicht und ergreifend das sein als was es immer 
dargestellt wird ?
Eine Möglichkeit einen Messwert zum Zeitpunkt X zu erfassen und zum 
Zeitpunkt Y auszuwerten.

Warum überhaupt die Verzögerung und nicht gleich auswerten ?

Zb. mehrere zu messende Signale.
Wenn man nur eine Einheit zur Erfassung hat (zb. AD-Wandler) aber zb. 4 
Signale erfassen möchte dann hätte man bei der reihenweisen Erfassung 
(Mux) eine Zeitliche Differenz und vermutlich auch unterschiedliche 
Werte.

Wenn ich also den Zustand der 4 Signale zum Zeitpunkt X wissen möchte 
dann muß ich sie gleichzeitig erfassen.
Mit 4 S&H Einheiten kann ich alle gleichzeitig zum gleichen Zeitpunkt 
erfassen und dann nacheinander auswerten.

Warum nicht 4 AD-Wandler ?

Mögliche (Nicht alle) Antworten sind:

-Platzbedarf (S&H kleiner als AD-Wandler angenommen)
-Kosten (S&H ist billiger als AD-Wandler angenommen)
-Einfacherere Erweiterung einer Schaltung ohne Grundlegenden 
Umbau/Neidesign)


Praktische Anwendung:

Ich möchte mit einem Controller über entsprechend vorgeschaltete 
Messverstärker Spannung und Strom Phasenrichtig erfassen um die jeweils 
momentane Leistung (Wirk,Schein,Blind usw.) zu berechnen.

Mit Samplen über den Mux bekomme ich eine Zeitliche Verschiebung der 
Werte und damit eine Falschmessung.

Mit S&H kann ich gleichzeitig messen und dann in der Folge die 
gespeicherten Signale sampeln und auswerten.

(Natürlich kann ich auch gleich einen Spezialisierten Chip nehmen oder 
eine ganz andere Messmethode wählen.War nur ein Beispiel)


Im Grunde habe ich aber jetzt das gleiche gesagt wie du.

Wars hilfreich oder doch vorbeigeschossen ?

Autor: Läubi .. (laeubi) Benutzerseite
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Vorallem wen der ADC vieleicht nicht alle bits gleichzeitig auswerten 
kann wäre es schon doof wenn sich das Signal änder nchdem die ersten 
4bits bereits gesampelt sind...

Autor: Andrea (Gast)
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Ja,bei AD-Wandlern die zb. nach der Sukzessive Approximation wandeln 
würden sich unsinnige Werte ergeben.
Diese haben aber normalerweise eh eine S&H Stufe vorgeschaltet.


Autor: Unbekannter (Gast)
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> Ist sample and hold eine Art glättender Tiefpassfilter,
> und somit nötlig um Aliasing zu verhindern?

Nein, natürlich nicht.

Wenn Du samplest, willst Du zu diskreten Zeitpunkten diskrete 
Signalwerte  messen.

Und genau dafür ist S&H.

Beim Samplen wird nicht der Durchschnittswert während einer 
Sampleperiode gemessen, sondern die Amplitude zu einem Zeit_PUNKT_.

Da aber A/D-Wandler in der Realität immer eine gewisse Zeit benötigen, 
um eine analoge Amplitude zu digitalisieren, schaltet man ein S&H-Glied 
davor, das die Signal-Amplitude eines bestimmten Zeitpunktes für eine 
gewisse Zeitspanne aufrechterhält, damit der A/D-Wandler ungestört 
erbeiten kann.

Ein S&H hat nichts, aber überhaupt gar nichts mit Anti-Aliasing zu tun. 
Ein S&H-Glied wird in der praktischen Realisierung notwendig, und nicht 
aus der theoretischen Mathematik.

Autor: Janosch (Gast)
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Ich sag nur Delta Sigma Wandler, der kommt ohne s&H glied

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