Problem mit einem Anti-Aliasing-Filter - evtl. eine Alternative?

Heinrich Heine schrieb:

> Oder wie ist dieser ungewollte Offset zu erklären?

Nun, ganz einfach: normalerweise interessieren sich Filter einen großen 
Scheiß für die DC-Komponente.

Ich würde mal stark vermuten, dass ein von DC befreites Eingangssignal 
(also per Kondensator angekoppelt) bei diesem Filter genau dieselbe 
Ausgabe erzeugen würde...

Heinrich Heine schrieb:
> Das Problem mit diesem ist nun allerdings, dass dieser
> das Signal heruntersetzt

Was verstehst du unter "heruntersetzen"?
Es gibt Dinge wie "Offset" oder "Verstärkung" ...

In deinen Oszibildern sehe ich eine Invertierung, was aber bei einem 
periodischen Signal einfach an der Triggereinstellung liegen wird.
Zeichne beide Signale (Eingang + Ausgang) gleichzeitig mit zwei Kanälen 
auf,  wobei du auf identische bzw. klare Offset- und 
Empfindlichkeitseinstellung achten solltest. Außerdem schreibe klar, auf 
welchem Kanal(Farbe) welches Signal liegt.

Ich kriegs kotzen bei dem Filter...

ich habe mal ein ein reines +/- 1 V Signal ohne DC-Anteil durch den 
Filter geschickt (s. Abbildung 5). Gelb ist das Eingangssignal, Blau das 
Ausgangssignal.

Das Signal kommt mir ziemlich verrauscht vor. Ich hab die Vermutung, 
dass der Filter mein GND versaut.

Die Abbildung 6 Zeigt einmal eine Messung des ADC mit Filters mit und 
einmal ohne Filter. Man sieht, dass das Signal ohne Filter deutlich 
sauberer ist. Ich kanns leider nicht auf dem Oszi zeigen, da der Filter 
ja bereits verlötet ist.

Ich habe die Vermutung, dass der Fall (s. Abbildung 7) eintritt.

Hallo Volker, vielen Dank für die Mühe, das hatte ich vorher gar nicht 
so gesehen, danke dir !
Volker B. schrieb:
> "Input  signals  with  frequencies  near  2  •  fCLK± fCUTOFF will be
> aliased to the passband of the filter and appear at the output
> unattenuated."

So verrauscht ist das Eingangssignal ja eignentlich nicht, erst durch 
das Filter wird es mit einem Rauschen überlagert. Aber vermutlich liegt 
da genau der Hund begraben.
Wie würde man denn sowas üblicherweise lösen? Ich spiele mit dem 
Gedanken den Filter ganz weg zu lassen bzw. eine einfaches RC-Glied zu 
nehmen. Dieses Filtert zwar nicht ganz so satrk, ist aber in jedem Fall 
besser als der hier verwendete Filter...
Die Pegel der Frequenzanteile >250 kHz sind ja noch recht überschaubar.

Joe F. schrieb:
> Die Frage wäre halt: was willst du erreichen.


Abbildung 1 zeigt eine Messung einer Induktionsspannung mit einem 
Herkömmlichen Oszi. Diese möchte ich anstelle des Oszi von einem ADC 
aufgezeichnet werden. Natürlich wäre es schöner, wenn der ADC schneller 
sampeln könnte, die 500 kSps sind aber leider gesetzt.

Den Sinus, den ich auf dem Oszi abgebildet habe, nehme ich nur deshalb 
um die Probleme, die der Filter verursacht besser darstellen zu können. 
Die beiden Signale haben also keinen direkten Bezug. Das 
Frequenzspektrum aus Abbilung 1 zeigt lediglich warum ich gerne so stark 
zwischen f_cut und f_stop filtern möchte.

Joe F. schrieb:
> Oberwellen so stark zu dämpfen?

Aufgrund fs >= F_max/2. Ich bin mir aber wie gesagt nicht sicher ob das 
bei dem Signal aus Abbildung 1 wirklich sinnvoll ist.

f_max >= f_s/2

So hat es der Herr Nyquist lieber.

Joe F. schrieb:
> Ein Sägezahn?

Nein, das ist nicht Signalverlauf, sondern das Frequenzspektrum.

Joe F. schrieb:
> Die Frage geht eher in die Richtung, was soll mit dem Signal nach dem
> Aufzeichnen passieren?

Aus der Spannung wird aus weiteren Werten im späteren eine 
Hysteresekurve errechnet.Je besser dabei die Spannung erfasst wird, 
desto genauer sind natürlich die Ergebnisse.

Wie es mir scheint habe ich 2 Möglichkeiten:
1. Ich lasse den Filter ganz weg und nehme die Frequenzen über f_s/2 als 
geringeres Übel mit

2. Ich Filtere ab einem einfachen RC-Glied mit 10uF und 60 Ohm, müsste 
auf f_g=265 kHz dann kommen. Auch wenn die Pegel höheren Frequenzen 
dabei kaum gedämpft werden.

Heinrich Heine schrieb:
> 1. Ich lasse den Filter ganz weg und nehme die Frequenzen über f_s/2 als
> geringeres Übel mit

Das geringe Übel wird sein das deine Messung im schlimmsten Fall 
absoluter Mist ist. Du kannst den Filter nicht einfach so weglassen.

So ein Abtastender Filter ist für diese Anwendung absolut nicht 
geeignet, da er selbst Alias Effekte erzeugt. Verabschiede dich davon 
das du 250Khz als Grenzfrequenz nehmen kannst. Theoretisch stimmt das 
mit der halben Abtastfrequenz aber in der Realität geht man eher um den 
Faktor 5 oder mehr runter. Wenn du wirklich die 250KHz sauber messen 
willst wirst du einen schnelleren ADC brauchen oder erheblichen Aufwand 
bei deinem ANALOGEN Filter betreiben müssen.

Joe F. schrieb:
> Schon klar, die Halbierung der jeweiligen Oberwellenamplituden sieht
> halt nach Spektrum eines Sägezahnes aus. Egal.

Achso, tut mir Leid, sollte nicht blöd rüber kommen.

Guest schrieb:
> Das geringe Übel wird sein das deine Messung im schlimmsten Fall
> absoluter Mist ist. Du kannst den Filter nicht einfach so weglassen.

In wie fern, für den Fall dass höhere Frequenzanteile im Signal sind? 
Das ist fast ausgeschlossen, da es sich hier schon um eine Messung mit 
"extremen" Betriebsparametern handelt.

Guest schrieb:
> Wenn du wirklich die 250KHz sauber messen
> willst wirst du einen schnelleren ADC brauchen oder erheblichen Aufwand
> bei deinem ANALOGEN Filter betreiben müssen.

Ja wie gesagt, wäre der ADC schneller hätte ich vermutlich diesen Thread 
nicht aufmachen müssen und hätte eine menge Nerven gespart.

Das blöde ist nur, dass ich eine Platine mit den Pads für das Filter 
angefertigt habe. Ich schätze ich werde dann ein RC-Glied mit einer, 
vielleicht 2 Ornung daran löten. Einen aktiven Filter mit OpAmp zu 
realisieren ist da nicht so ganz einfach.

Was grad noch interessant sein könnte, zwischen Filter und ADC habe ich 
einen Spannungsfolger zwischengeschaltet. Diesen müsste ich recht leicht 
dafür verwenden. Vielleiche ein Sallenkey oder ähnliches ...

Dir ist aber bewusst das du mit 500KHz abtastrate niemals ein 250khz 
Signal rekonstruiert bekommst? Im Anhang habe ich mal ein Bild mit der 
Diskretisierung eines 100KHz und 200KHz Sinus mit 500KHz Abtastrate.

Das Teil arbeitet intern mit Eimerkettenspeichern, Z- Transformation als 
Stichwort. Anwendungsfall als Filter fuer Digitalsignale. Der Takt ist 
nicht angegeben. Vermutlich liegt der bei 5...20x der 
Filtergrenzfrequenz. Dh es muss vor den Eingang ein Tiefpass als 
Aliasfilter zu dem Takt und am Ausgang ebenfalls. Der staerkere Tiefpass 
muss am Eingang sein.

Guest schrieb:
> Im Anhang habe ich mal ein Bild mit der
> Diskretisierung eines 100KHz und 200KHz Sinus mit 500KHz Abtastrate.

Da fehlt noch das passende Rekonstruktionsfilter.

Wolfgang schrieb:
> Da fehlt noch das passende Rekonstruktionsfilter.

Das ist mir bewusst ich habe diese Frequenzen gewählt weil man bei genau 
250KHz kein Ergebnis erhält...

Dennoch wird man nicht sinnvoll 250Khz rekonstruieren können und man 
muss eben auch bei niedrigeren Frequenzen entsprechen die Daten 
Rekonstruieren können. Das ist alles was ich damit zeigen wollte.

Wenn man wirklich bis 250 kHz Messen will / muss, sollte man einen 
Schnelleren ADC wählen, so dass man das AA Filter einfacher Auslegen 
kann. 250 kHz ist ein einem Bereich wohl ein aktives Filter mit OPs 
schon anspruchsvoll wird (relativ hohe Frequenz dafür) aber eine 
passives LC-Filter nicht nicht so einfach (Spulen relativ groß). Mit 
etwas größeren Spulen dürfte ein LC Filter noch recht gut gehen. Das 
Getaktete Filter ist nicht passend.

Wenn man mutig ist, und sehr gut in digitaler Signalverarbeitung könnte 
man  theoretisch das Signalspektrum ausnutzen und die Abtastrate passend 
wählen dass die Frequenzen über 250 kHz in die Lücken im Signal fallen. 
Da könnte man sie dann digital unterdrücken oder ggf. sogar noch mit 
erfassen.

Die Amplitude nimmt zu hohen Frequenzen schon von sich aus ab, das 
reduziert die Anforderungen an das AA filter.

Nabend Zusammen,

der Filter läuft nun ganz gut und Funktioniert auch soweit bis auf eine 
kleinigkeit. Wie im Datenblatt erwähnt, erzeigt der Filter am Ausgang 
ein negatives Offset von eta -29mV. Da ich das Signal im Nachgang 
verstärken mächte (unter anderem um Faktor 10 - 100), wird der Offset 
natürlich mitverstärkt. Das ganze Signal rutscht mir also weg.

Habt ihr eine Idee wie ich diesen Offset vermeiden kann ?

Also der ADC ist vorgegeben. Dieser Sampelt mit 500 kSps je Kanal. Das 
Signal könnte theoretisch Frequenzbereiche von 50 Hz bis 380 kHz 
enthalten. Es ist okay wenn Frequenzen über dem doppelten der Abtastrate 
herausgefiltert werden. Um somit also das Signal mit einer hohen Güte zu 
filtern wird eben auch der Filter 10 Ordnung verwendet.

Ich hatte überlegt einen 100nF Kerko mit einem 100 k-1 MOhm Widerstand 
Hals Hochpass-Filter zu wählen. Ich möchte mir nämlich ungern ein 
mögliches 50 Hz Messignal dämpfen.

Unabhängig vom Ersteller des Threads würde mich interessieren wo der 
Unterschied folgender Hochpassfilter liegt:

R = 1 MOhm
C = 10 nF


und

R = 10 kOhm
C = 1 uF


Sofern ein Spannungsfolger geschaltet wird, ist das doch fast egal weil 
der Eingang ohnehin hochohmig ist. Oder woran entscheidet man die Größe 
des Kondensators bzw. Widerstandes?

Ich verstehe es nicht.

Ich habe eben folgende Tiefpasskombinationen getestet:

R: 10 kOhm ; C=3,3 uF (Elko)
R: 10 kOhm ; C=10 uF (Kerko)
R: 100 kOhm ; C=100 nF (Kerko)

was tut sich?  Nix ... Ich habe nach wie vor das Offset auf dem Signal.

Rolf S. schrieb:
> Bei dem was du sonst noch
> schreibst, glaube ich, dass du einfach unglücklich gebaut hast.

Ich habe mal den relevanten Abschnitt aus dem Datenblatt in Abbilung 9 
angefügt. Demnach ist der Offset "normal". Die Platine hat eine eigene 
GND-Plane und alle Versogungsspins sind mit 100nF Abblockkondensatoren 
versehen, sollte also auch nicht daran liegen.

Wisst ihr vielleicht woran es liegen kann, dass der Offset nach wie vor 
vorhanden ist ?

Okay, der Messpunkt war scheinbar das Problem. Habe nocheinmal etwas 
nachgelötet, jetzt klappt es. Vielen Dank !