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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik passiver Tiefpassfilter


Autor: Maik (Gast)
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Hallo,

ich möchte Signale von einem PVDF-Sensor mit einem ADC verarbeiten. 
Hierfür würde ich gern einen passiven Tiefpassfilter aufbauen, habe aber 
keine Erfahrung in dem Bereich. Hier erstmal die Daten:

- Samplefrequenz 40kHz
- Frequenzen möchte ich bis ca. 14 kHz auswerten
- Spannungsbereich liegt bei -10V bis 10V
- Messart: differentiell

Könnt ihr mir Erfahrungswerte (und/oder Theoriequellen) geben, welche 
Ordnung und welchen Filter man allgemein am besten verwendet?


Vielen Dank für die Hilfe!

Autor: aha (Gast)
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Das ist schon knapp. ein TP mit 14kHz hat noch keine vernuenftige 
Uterdrueckung bei 20kH, aber dafuer schon 3dB bei 14kHz.

Autor: HildeK (Gast)
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>ein TP mit 14kHz hat noch keine vernuenftige
>Uterdrueckung bei 20kH,

Ein Tiefpass hat das, ein anderer nicht. Je nach Design.

>(und/oder Theoriequellen)
Z.B. Tietze/Schenk, das steht auch über passive TPs was drin. Aber ein 
ausführliches Werk ist wohl der Saal Filterkatalog.

Du musst dir schon im klaren werden, welche Dämpfung du bei 20kHz 
brauchst. Das hängt zunächst mal von der Auflösung des AD-Wandlers ab 
(die hast du verschwiegen), und dann auch noch von den Signalanteilen, 
die du ab 20kHz überhaupt erwartest. Wenn da eh nichts ist, dann kannst 
du dir das Filter sparen ....

>welchen Filter man allgemein am besten verwendet
Auch dazu gibt es keine feste Aussage. Ein Bessel-Typ hat die geringsten 
Gruppenlaufzeitverzerrungen, der Cauer oder Tschebycheff hat Ripple im 
Durchlassbereich und ist dafür steiler - d.h. geringerer Grad (=Aufwand) 
bei vorgegebenem Dämpfungsverlauf.

Autor: Maik (Gast)
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Also die Auflösung des AD-Wandlers ist 16bit. Alternativ würde ich das 
ganze aber auch noch für einen 12bit ADC entwerfen. In Sachen Dämpfung 
habe ich ein bisschen auf Erfahrungswerte / "Faustformeln" gesetzt. 
Welche Signalanteile ankommen weiß ich noch nicht genau. Ich kann aber 
sagen, dass Frequenzen im hörbaren Bereich ausreichend sind - bzw. ich 
möchte mich darauf konzentrieren. Daher würde ich auf Anforderungen aus 
dem Audiobereich zurückgreifen wenn es um die nötige Dämpfung geht. Was 
sind denn dort gängige Dämpfungswerte? Die Abtastfrequenz ist übrigens 
noch variabel, kann also auch noch verändert werden.

Autor: aha (Gast)
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Die Frage war nach einem passiven RC, das bedeutet keine elliptische, 
Bessel, Tschebytscheff, nichts. Nur RC. Alternativ koennte man sich 
neben moeglichen aktiven filtern auch etwas fertiges vorstellen. zB 
LTC1569, LTC1562, LTC1164. Es gibt auch andere Hersteller. Einfacher ist 
allerdings die samplefrequenz anzuheben, zB auf 60kS und ein RC auf 
20kHz zu setzen.

Autor: Dummi (Gast)
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Gibt ja auch noch LRC dann hat man schon 12 dB/Oktave.
Könnte aber etwas unhandlich werden.

Ohne genaue angaben zu den Impedanzen ist das eh nur stochern im Nebel.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Da du einen 16 Bit Wandler hast muss die Unterdrueckung bei der halben 
Abtastfrequenz 96dB betragen. Pro bit 6dB. Somit sind deine Amplituden 
der Aliasfrequenzen unter der Aufloesung des ADC. Allerdings ist ein 
Filter das bei 14KHz gerade mal 3 dB hat und bei 20KHz 96dB nicht gerade 
einfach zu bauen. Wenn du nur einfache RC-Glieder in Reihe schalten 
willst ist der Frequenzgang auch nicht gerade optimal. Ausserdem ist es 
nicht moeglich ohne Aktive Bauelemente oder RLC Filter Frequenzgaenge 
ala Bessel, Butterworth oder Tschybischeff darzustellen. Dabei muss du 
dich dann entscheiden ob der Frequenzgang oder die Gruppenlaufzeit fuer 
dich das entscheidende Auswahlkriterium darstellen. Bei aktiven Filtern 
muss du auch noch die Offsetspannungen der OPs mit beruecksichtigen. 
Auch wird an die Toleranzen der Bauteile dann schon hohe Anforderungen 
gestellt. Besser ist es die Samplingfrequenz anzuheben.

Gruss Helmi

Autor: Maik (Gast)
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Danke erstmal für die Antworten,

also ist das ganze mit einem RC-TP 1. oder 2. Ordnung eigentlich völlig 
ausgeschlossen, da ich dann bei 96dB bei einigen MHz Samplingfrequenz 
liegen würde, oder täusche ich mich? @aha: dann haut deine rechnung doch 
nicht hin einfach fs auf 60ks zu erhöhen und nen RC-TP auf 20KHz setzen. 
Da hätte ich doch dann grad mal ca. 10dB Dämpfung drin?!?
Gibt es ein Programm in dem man da mal ein bisschen experimentieren 
kann, das auch passive Filter berechnet? Oder kommt man besser, wenn man 
das in Pspice macht?

Hat noch jemand Erfahrung was da im Audiobereich eingesetzt wird. Dort 
wird doch häufig mit 44 Khz gesampelt und auch 16 bit. Das heißt man 
bräuchte dort ja auch einen extrem steilen Filter mit hoher Dämpfung?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>also ist das ganze mit einem RC-TP 1. oder 2. Ordnung eigentlich völlig
>ausgeschlossen, da ich dann bei 96dB bei einigen MHz Samplingfrequenz
>liegen würde, oder täusche ich mich?

Nein du taeuscht dich nicht.

>Gibt es ein Programm in dem man da mal ein bisschen experimentieren
>kann, das auch passive Filter berechnet?

Es gibt auf der Seite von TI ein Programm das Aktive Filter berechnen 
kann.

Dann gibt es noch

http://www.aade.com/filter.htm

damit kannst du RLC Filter berechnen.

Die Filter die nur aus RC Gliedern bestehen werden so nicht eingesetzt.
Da kann man keine optimerungen bezueglich des Frequenz oder Phasenganges 
vornehmen. ALso Bessel , Butterworth und Konsorten gehen nur aktiv oder 
als RLC Filter.

>Dort wird doch häufig mit 44 Khz gesampelt und auch 16 bit.

Da wird meisten ein Oversampling gemacht . Da wird hoeher abgetastet als 
das Signal erfordert. Damit ist die Auslegung des Filters wesentlich 
einfacher. Dann wird der Datenstrom durch ein Decimation Filter wieder 
auf die urspruengliche Datenrate runtergerechnet.

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