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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Filter für Rechtecksignal


Autor: Klaus (Gast)
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Hallo

ich würde gerne ein Rechtecksignal auf niedrige Frequenzen filtern. Das 
Rechtecksignal hat ca. 1kHz und ich bräuchte einen Filter der mir alles 
unter 60 Hz rausfiltert aber das Rechtecksignal nicht verändert. Hätte 
da jemand was parat. DAnke für eure Hilfe!

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
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Ganz normaler Hochpass. Dazu gibts genügend informationen.

Im einfachsten Fall RC. Wenn der Durchlassbereich bei 1kHz nicht reicht 
bzw. die Sperrdämpfung bei 60Hz, dann musst du einfach ne höhere Ordnung 
verwenden.

Autor: Klaus (Gast)
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Ja aber dadurch wird ja die signalform verändert !

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
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>>Ja aber dadurch wird ja die signalform verändert !

Bipolar --> keine Veränderung da nur Frequenzen über 1kHz enthalten 
sind.
Unipolar --> DC-Anteil entfällt

Mehrere Möglichkeiten:

1. Bandpassfilter z.B. 10-500Hz (eher nicht)
2. HP-Filter anschließend Offset addieren (1xOpAmp mit Ux + Ub/2)
3. HP-Filter anschließend Komparator (1xOpAmp als Komparator mit 
Hysteres)

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Alexander Liebhold schrieb:
>>>Ja aber dadurch wird ja die signalform verändert !
>
> Bipolar --> keine Veränderung da nur Frequenzen über 1kHz enthalten
> sind.

Das ist nicht ganz korrekt:
Schau dir mal ein Rechteck auf dem Oszilloskop mit DC und AC Kopplung 
an.
Da eine Phasenverschiebung auch bei niedrigeren Frequenzen auftritt, 
wird das Dach des Rechtecks nicht gerade sein, sondern abgeschrägt.

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
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@Benedikt
Klar.

Wir sind mal wieder beim alten Thema, es muss halt mal ausführlich 
beschrieben werden was eigentlich gemacht werden soll und mit welchen 
Anforderungen.

@Klaus

Liegt deine Information in der Amplitude oder in der Frequenz?

Autor: Klaus (Gast)
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Die Info liegt in der Amplitude. Ist ein digitales Signal

Autor: HildeK (Gast)
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Und wie äußert sich dein Problem mit der überlagerten Störung?
Wie groß ist diese?
Woher kommt sie?
Kann nicht die Ursache bekämpft werden?
Hast du ein Bild vom gestörten Signal?

Autor: Klaus (Gast)
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die Beeinflussung kommt vom Netz also eigentlich 50 Hz. Das Problem ist 
dass das Signal dann auf einen Bipolar Transistor geht. Der Bipolar 
Transistor fungiert als Schalter und ich wollte sichergehen dass die 
Störungen nicht über die Schaltschwelle drüberreichen und somit den 
Transistor schalten.

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
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Dann wäre doch ein Filter möglich. Dann hast du en Signal was -2,5 
...+2,5V als Pegel hat. Selbst wenn dein Rechteck keine ideale Kante hat 
schaltet der Transistor doch sicher lich viel eher. Ansonsten setz nen 
Buffer oder Komparator nach den Filter.

Autor: yalu (Gast)
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> Die Info liegt in der Amplitude. Ist ein digitales Signal

Bei einem digitalen Signal kommt es ja nicht auf die exakte Amplitude
an. Sie muss nur so genau sein, dass man eindeutig zwischen high und low
unterscheiden kann. Dann ist aber doch dieser Vorschlag von Alexander
genau richtig:

> 3. HP-Filter anschließend Komparator (1xOpAmp als Komparator mit
> Hysteres)

Sind die Störungen unterhalb von 60Hz so stark, dass ihre Amplitude
trotz der HP-Filterung immer noch größer als die des Rechtecksignals
ist, versagt der Komparator natürlich. Dann gibt es folgende
Möglichkeiten:

1. Du erhöhst die Filterordung, damit die Störung weiter reduziert wird.

2. Du nimmst einen Hochpass 1. Ordnung mit einer Grenzfrequenz, die hoch
   genug ist, dass die Amplitude der Störung deutlich geringer als die
   des (ungefilterten) Rechtecksignals wird. Durch dieses Filter wird
   natürlich auch das Rechtecksignal verunstaltet, dessen Flanken werden
   aber trotzdem als Spannungsimpulse in voller Höhe übertragen. Um aus
   den enstehenden positiven und negativen Impulsen wieder ein Rechteck-
   signal zu generieren, bastelst du dir ein spezielles Flipflop, das
   bei einer Eingangsspannung oberhalb eines bestimmten positiven
   Schwellwerts gesetzt und bei einer Eingangsspannung unterhalb des
   entsprechenden negativen Schwellwerts wieder zurückgesetzt wird. Am
   Ausgang erhältst du ein sauberes Rechtecksignal, das gegenüber dem
   ursprünglichen nur um die Schaltzeit des Flipflop verzögert ist.

Autor: Gast4 (Gast)
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>Die Info liegt in der Amplitude. Ist ein digitales Signal

Das widerspricht sich, bei einem digitalen Signal steckt die Info eben 
nicht in der Amplitude.

Gast4

Autor: c_programmer (Gast)
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>>Die Info liegt in der Amplitude. Ist ein digitales Signal

>Das widerspricht sich, bei einem digitalen Signal steckt die Info eben
>nicht in der Amplitude.

Jo, da hat er Recht. ;-)

Bei Digital, ist einfach die Abtastfrequenz und der High-/ Low- Pegel 
interessant.

Amplitude, Flankensteilheit spielen ja nur indirekt eine Rolle!
Klar, bei der Abtastung haben sie einen Einfluss...

Sers :)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Gast4 schrieb:
>>Die Info liegt in der Amplitude. Ist ein digitales Signal
>
> Das widerspricht sich, bei einem digitalen Signal steckt die Info eben
> nicht in der Amplitude.

Ja klar. Amplitude 5V->High. Amplitude 0V->Low. Als Beispiel.

Autor: Mike J. (Gast)
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>> Das widerspricht sich, bei einem digitalen Signal steckt die Info eben
>> nicht in der Amplitude.

> Ja klar. Amplitude 5V->High. Amplitude 0V->Low. Als Beispiel.

2.51V = high
2.49V = low

Autor: c_programmer (Gast)
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Es gibt auch codierte digitale Signale

5 V +/- 0.5V - 11

3.5 V +/- 0.5V - 10

2 V +/- 0.5V  - 01

0 V +/- 0.5V - 00

also in einem Abtastwert stecken dann 2 Bit.

Nicht zu vergessen ist ja auch die Abtastfrequenz...

5 V für 1 µs kann die binäre information 0b1 sein,
aber auch 0b11111...
oder sonstige bitfolge, je nach codierung...

Autor: c_programmer (Gast)
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digital wird gern mit binär verwechselt,

aber digital heißt ja nur endlich quantisiert und kein unendlich 
kontinuierlicher Werteraum wie bei natürlichen physikalischen Größen.

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
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Binär = 2 Signalzustände
Ternär = 3 Signalzustände

Alle anderen Informationen zur Amplitude ordnen sich doch in die Typen 
wie TTL, CMOS, LVDS, LVTTL usw. ein.

Sprich die Information liegt in dem Signalzustand.

Um mal zur eigentlichen Frage zurück zu kommen.

Ordentlichen HP-Filter und dann anschließend Komparator. Kannst auch 
einfach nen Buffer mit Schmitt-Trigger statt dem Komparator 
nachschalten.

Autor: Klaus (Gast)
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Danke auf jeden Fall für die Hilfe werde die Schaltung bauen und die 
Ergebnisse posten. Danke

Autor: faustian (Gast)
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zB ein 100kHz Rechteck für logisch 0 oder 1 ein/auszuschalten wäre ein 
Beispiel für Amplitudenmodulation.

Innerhalb eines Zeitrahmens entweder einen physikalischen 0/1 oder 1/0 
Sprung zu machen für 1, oder dies zu lassen für 0, wäre ein Beispiel für 
Frequenzmodulation.

Umzuschalten, WANN der Sprung passiert, ein Beispiel für 
Phasenmodulation.

Ein beliebiges Digitalsignal wo logisch 0 und 1 gleich physikalisch 0 
und 1 sind (Baseband sogesehen) durch einen Hochpass zu jagen, ein 
Beispiel für einen Konstruktionsfehler.



Normalerweise mache ich folgendes wenn ich Netzbrummen auf einem 
Digitalsignal sehe: Die Tastkopfmasse anschliessen. Will mich aber gar 
nicht über jemanden belustigen, sondern mich interessiert in was für 
einem System Du so massive Störungen siehst.

Vielleicht einfach die Leitung abschirmen, differentiell betreiben, 
und/oder MC1488/MC1489* bzw andere RS232 Treiber dafür missbrauchen und 
davon ausgehen dass deren Konstrukteure ein bisschen Ahnung von langen, 
gestörten Digitalstrecken im Basisband hatten?

*Wer viel auslötet, dem quellen die Dinger aus den Schubladen!

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