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Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP Multiraten Filter, Anti-Alias-Filter und Multiplexing


Autor: J&J (Gast)
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Hallo an Alle,

Momentan bearbeite ich eine sehr interessante Thematik. Bei 
Quasi-Simultanen-Messungen(Mehrkanalig, daher Multiplexen) soll eine 
physikalsche Größe erfasst werden(Kraft). Die Änderungen sind hier sehr 
träge, jedoch die Leitungslängen für die Zuleitungen sehr lang und das 
Ganze findet natürlich Verwendung im industriellen Umfeld.

Wir messen mit dem 4-Draht Verfahren und werten die Messwerte am uC aus 
bzw. tun sie dort auch digital nachbearbeiten.

Der ganze Aufbau soll natürlich gemäß der Lehre zur Signalverarbeitung 
realisiert werden.

Mit meinem Konzept/Meinen Überlegungen bin ich momentan bei der analogen 
und digitalen Filterung angelangt. Aufgrund von der Mehrkanaligkeit 
ergeben sich hier für mich folgende konzeptuelle Fragen:

-Design des analogen Anti-Aliasing Filters(Signal das der ADC sieht) 
bzw. Design des analogen Anti-Aliasing Filters(Bezogen auf jew. einen 
Messkanal)
-Design des Multiraten-Filters(digital)

Ich umschreibe mal die Problemchen und jeder der was zu dem Thema zu 
sagen hat ist bei der Diskussion herzlich willkommen. Mir ist im übrigen 
die Filtertheorie bekannt, Entwurfsverfahren für analoge und digitale 
Filter soweit auch.

1. Ich würde, wie oben erwähnt, ein Filter(einfaches RC-Filter) in jedem 
Messkanal vorsehen. Zusätzlich dazu ein AAF vor dem ADC, nach dem 
Multiplexer um hier ebenfalls Alias-Effekte zu minimieren. Ist der 
Ansatz so richtig? Habe ich was übersehen?

2.Da das Signal, das der ADC sieht, durch das Multiplexen synthetischer 
Natur ist, benötige ich überhaupt ein Multiratenfilter(digital), bevor 
ich das Signal auf der digitalen Seite wieder auseinander-pflücke?

Freue mich auf eine interessante Diskussion.

Cheers

Autor: J&J (Gast)
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Nachtrag:

Filter vor dem ADC ist dann ein LC-Filter, natürlich entsprechend 
ausgelegt. Die Eingangsgrößen können der Einfachheit halber als 
DC-Signale betrachtet weredn.

Autor: Dergute Weka (derguteweka)
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Moin,

J&J schrieb:
> Bei
> Quasi-Simultanen-Messungen(Mehrkanalig, daher Multiplexen) soll eine
> physikalsche Größe erfasst werden(Kraft).

Das hoert sich nicht nach quasi-simultan an, sondern nach zeitlich 
versetzt. Damit ueberhaupt nicht simultan. Der zeitliche Versatz ist ja 
aber dann wohl bekannt und kann damit auch miteinberechnet werden.
Sollte Simulanitaet wichtig sein, muss man sich rechtzeitig was 
ueberlegen.

J&J schrieb:
> Zusätzlich dazu ein AAF vor dem ADC, nach dem
> Multiplexer um hier ebenfalls Alias-Effekte zu minimieren. Ist der
> Ansatz so richtig?

Das halte ich nicht fuer sinnvoll. Wozu soll das denn gut sein?
Frage ist beim Design des/der Antialiasingfilter: Was muss an Frequenzen 
noch durch, was muss unterdrueckt werden und das was unterdrueckt werden 
muss - wie stark? Also um wieviel dB.
Erst wenn das feststeht, kann man anfangen, sich Gedanken zu machen, ob 
man das jetzt als RC,LC, aktiv, passiv oder per Melitta 1x4 Filter 
realisiert.
Wieviel Kanaele muessen gemessen werden, was schafft der ADC zeitlich 
und von der Aufloesung her, was brauchst du dann am Ende der Kette fuer 
Daten mit welcher (zeitlichen und Bit)Aufloesung?

J&J schrieb:
> Die Eingangsgrößen können der Einfachheit halber als
> DC-Signale betrachtet weredn.

Wenn das so waere, dann wuerdest du ein Multimeter nehmen, die Werte 
einmal messen, ein Stueck Papier und einen Bleistift und das genau 
einmal rechnen...
Also: Mit welcher Frequenz koennen sich die Messwerte wirklich aendern?

Gruss
WK

Autor: Klaus L. (klausi5000)
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Die Filterung kann man komplett in der SV machen.

Autor: Jan K. (jan_k)
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In der was? Falls du in der (digitalen)
 Signalverarbeitung meinst, so würde ich das nicht unterstützen.

Autor: J&J (Gast)
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Vielen Dankf für die zügigen Antworten. Es ist ein echt spannendes Thema 
im Übrigen.

Dergute W. schrieb:
> Das halte ich nicht fuer sinnvoll. Wozu soll das denn gut sein?
> Frage ist beim Design des/der Antialiasingfilter: Was muss an Frequenzen
> noch durch, was muss unterdrueckt werden und das was unterdrueckt werden
> muss - wie stark? Also um wieviel dB.
> Erst wenn das feststeht, kann man anfangen, sich Gedanken zu machen, ob
> man das jetzt als RC,LC, aktiv, passiv oder per Melitta 1x4 Filter
> realisiert.

Wir nutzen einen Delta/Sigma ADC, der intern eine recht hohe Taktrate 
und Systembedingt eine recht hohe, interne Abtastung hat. Daher ist es 
ausreichend, ein relativ einfaches Filter zu nehmen um sicher zu 
stellen, dass eben keine Frequenzen oberhalb F/2 durchkommen, wie auch 
immer diese Signalanteile im Signal, das der ADC sieht, entstehen mögen. 
Dämpfung bei F/2 geht dann richtung SNR.

Dergute W. schrieb:
> Wieviel Kanaele muessen gemessen werden, was schafft der ADC zeitlich
> und von der Aufloesung her, was brauchst du dann am Ende der Kette fuer
> Daten mit welcher (zeitlichen und Bit)Aufloesung?

Das System an sich habe ich schon soweit berechnet und der Durchsatz ist 
auch klar und für meine Bedürfnisse ausreichend.

Dergute W. schrieb:
> Wenn das so waere, dann wuerdest du ein Multimeter nehmen, die Werte
> einmal messen, ein Stueck Papier und einen Bleistift und das genau
> einmal rechnen...
> Also: Mit welcher Frequenz koennen sich die Messwerte wirklich aendern?

'Der Einfachheit halber' DC. Maximal erwartete Signalfrequenz/Kanal 
liegt irgenwo bei 2 Hz. Die Abtastrate des ADC wird noch hochgetrieben, 
damit a) durch Überabtastung eine höhere Auflösung erzielt werden kann 
und b) wegen des einfachen Designs des AAF vor dem ADC.

@Dergute W.:
Bei weiteren Unklarheiten gerne fragen, da ich sicherlich noch weitere 
Details bezogen auf das geplante System kenne, die für mich 
selbstverständlich sind und nicht genannt worden sind. Wie es halt so 
ist;-)

Cheers

Autor: J&J (Gast)
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J&J schrieb:
> 2.Da das Signal, das der ADC sieht, durch das Multiplexen synthetischer
> Natur ist, benötige ich überhaupt ein Multiratenfilter(digital), bevor
> ich das Signal auf der digitalen Seite wieder auseinander-pflücke?

Das wäre auch noch eine interessante Frage....

Autor: J&J (Gast)
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Habe nach reichlichen Überlegungen festgestellt, das nach der Anwendung 
eines Multiratenfilters auf das Signal das der ADC sieht es eher 
unmöglich ist, die ursprünglichen Signale wieder zu rekonstruieren. Dies 
lässt sich auch durch eine Simulation nachweisen....

Autor: J&J (Gast)
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Wenn ich so darüber nachdenke -  ist eigentlich Multiplexen nicht sowas 
wie eine astreine Interpolation bezogen auf jeweils einen Kanal?

Autor: J&J (Gast)
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J&J schrieb:
> Wenn ich so darüber nachdenke -  ist eigentlich Multiplexen nicht sowas
> wie eine astreine Interpolation bezogen auf jeweils einen Kanal?

Man könnte es auch upsampling nennen....

Jan K. schrieb:
> In der was? Falls du in der (digitalen)
>  Signalverarbeitung meinst, so würde ich das nicht unterstützen.

Sehe ich auch so, um ein AAF kommt man imho nicht drum herum.

Autor: J&J (Gast)
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J&J schrieb:
> Habe nach reichlichen Überlegungen festgestellt, das nach der Anwendung
> eines Multiratenfilters auf das Signal das der ADC sieht es eher
> unmöglich ist, die ursprünglichen Signale wieder zu rekonstruieren. Dies
> lässt sich auch durch eine Simulation nachweisen....

J&J schrieb:
> Wenn ich so darüber nachdenke -  ist eigentlich Multiplexen nicht sowas
> wie eine astreine Interpolation bezogen auf jeweils einen Kanal?

Naja, wenn Multiplexen sowas wie upsampling ist und anschließend die 
ursprünglichen Signale der einzelnen Kanäle ein Downsampling/eine 
Dezimation(immer der gleiche Faktor) wäre es ja nur logisch, dass ein 
Multiratenfilter überlüssig ist vor der Dezimierung.

Ich glaube damit die eine Frage selbst beantwortet zu haben;-)

Autor: J&J (Gast)
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Bleibt nocht die Frage nach dem Systemdesign - dieses soll natürlich 
wieder ein Kompromiss sein zwischen Kosten und Funktionaliät. Nicht das 
man nicht besser Filtern könnte, als mit einem RC im Signalpfad.

Aber Budgettechnisch ist leider nicht mehr dring.

Die Frage hier ist, ob so ein Systemdesing denkbar ist und ob ich 
irgendawas übersehen habe.

Autor: Stefan K. (stefan64)
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Verstehe ich Dich richtig und Dein Aufbau sieht so aus:

                              ________
                             |          |
Kanal_1  ---- RC-Filter ---- |          |
                             |          |
                             |          |
Kanal_2  ---- RC-Filter ---- |          |
                             |          |
                             |   MUX    | --- AAF ---- ADC
                             |          |
Kanal_3  ---- RC-Filter ---- |          |
                             |          |
                             |          |
Kanal_4  ---- RC-Filter ---- |          |
                             |__________|


In diesem Fall ist Dein AAF ziemlich kontraproduktiv.

Viele Grüße, Stefan

Autor: Dergute Weka (derguteweka)
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Moin,

Hm. Tja. Viel gesschwurbel bei wenig Substanz, wuerd' ich sagen.
Wenn ich dich richtig versteh', ist eh' alles schon klar und in Hardware 
gegossen - was ist dann nochmal genau deine Frage?
Klar ist so ein Design denkbar. Natuerlich kann ich auch hergehen und 
mir nach Multiplexer und vor ADC ein Analogfilter reinbauen, dass mir 
die Ohren schlackern. Und danach kann ich hergehen und auf der digitalen 
Seite genau dieses Analogfilter fuer alle meine Eingaenge wieder 
versuchen rauszurechnen. Ich kann mir auch gegen Kopfschmerzen mit dem 
Hammer auf den Finger hauen. Ist auch alles denkbar...aber machen sollt' 
man's nur wenn man wirklich gute Gruende dafuer hat.

Gruss
WK

Autor: J&J (Gast)
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Hallo Stefan, danke für deine Antwort.

Stefan K. schrieb:
> In diesem Fall ist Dein AAF ziemlich kontraproduktiv.
>
> Viele Grüße, Stefan

Kannst du das auch begründen?
Das AAF wird auf F/2 - also Abtastrate des ADC - ausgelegt.

Autor: Stefan K. (stefan64)
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J&J schrieb:
> Kannst du das auch begründen?
> Das AAF wird auf F/2 - also Abtastrate des ADC - ausgelegt.

Weil sich damit Deine unterschiedlichen Kanäle gegenseitig beeinflussen. 
Du mischt hier Signlae zusammen, die überhaupt nichts miteinander zu tun 
haben.

Ein Filter macht immer nur Sinn für ein Signal und nicht für eine 
gemultiplexte Signalgruppe.

Gruß, Stefan

Autor: J&J (Gast)
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Stefan K. schrieb:
> Ein Filter macht immer nur Sinn für ein Signal und nicht für eine
> gemultiplexte Signalgruppe.

Naja, ich sehe das so:
Der ADC sieht ein beliebiges Signal, synthetisiert aus den Signalen, die 
von den Kanälen kommen.

Um Alias-Effekte zu vermeiden, wird das AAF vor den ADC gesetzt. Diese 
könnten entstehen z.B. durch Rauschen oder irgendwelche hochfrequenten 
Signale, die beigemischt werden o.ä.

Könntest du das näher erläutern, wie du das meinst mit 'beeinflussen 
sich gegenseitig'?

Autor: J&J (Gast)
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@Stefan:

Wie würdest du das Ding aufbauen?

Autor: J&J (Gast)
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Dergute W. schrieb:
> Natuerlich kann ich auch hergehen und
> mir nach Multiplexer und vor ADC ein Analogfilter reinbauen, dass mir
> die Ohren schlackern. Und danach kann ich hergehen und auf der digitalen
> Seite genau dieses Analogfilter fuer alle meine Eingaenge wieder
> versuchen rauszurechnen.

Vielen Dank für die 'konstruktive' Kritik.

J&J schrieb:
> Wir nutzen einen Delta/Sigma ADC, der intern eine recht hohe Taktrate
> und Systembedingt eine recht hohe, interne Abtastung hat. Daher ist es
> ausreichend, ein relativ einfaches Filter zu nehmen um sicher zu
> stellen, dass eben keine Frequenzen oberhalb F/2 durchkommen, wie auch
> immer diese Signalanteile im Signal, das der ADC sieht, entstehen mögen.
> Dämpfung bei F/2 geht dann richtung SNR.

Das AAF vor dem ADC hat eine Taktfrequenz(=Abtastfrequenz) von 3MHz. F/2 
ist hier bei 1,5MHz. D.h. so schnell wirkt da nix.

Autor: Stefan K. (stefan64)
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J&J schrieb:
> Könntest du das näher erläutern, wie du das meinst mit 'beeinflussen
> sich gegenseitig'?

Mal Dir das doch mal auf. Wir nehmen 4 Gleichspannungen auf 4 Kanälen:
K1 = 5V
K2 = 1V
K3 = 4V
K4 = 2V

dann ergibt sich nach dem MUX so ein Bild:

MUX =    K1   K2   K3   K4   K1   K2   K3   K4   K1   K2   ...

5V ----                ----                ----
       |              |    |              |    |
4V     |     ----     |    |     ----     |    |     ----
       |    |    |    |    |    |    |    |    |    |
3V     |    |    |    |    |    |    |    |    |    |
       |    |    |    |    |    |    |    |    |    |
2V     |    |     ----     |    |     ----     |    |
       |    |              |    |              |    |
1V      ----                ----                ----

0V 
-----------------------------------------------------------------------
       | <-- 1T = 1/fs --> |
       | <-------------- 2T = 1/(fs/2) ------> |

Jetzt lege darüber ein AAF, das nur Frequenzen kleiner fs/2 durchlässt 
und schaue Dir die Spannungen an, die Dein ADC in den Slots von K1 bis 
K4 ausgibt.

Oder überleg Dir, was Deine Hardware ausgibt, wenn Du jedem Kanal einen 
eigenen ADC gönnst.

Gruß, Stefan

Autor: Stefan K. (stefan64)
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J&J schrieb:
> Das AAF vor dem ADC hat eine Taktfrequenz(=Abtastfrequenz) von 3MHz.

Wichtig ist doch Deine Samplingfrequenz. Welche hast Du gewählt?

Autor: J&J (Gast)
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@Stefan:
Wie zeichnest du die Diagramme? Nicht etwa von Hand...;-)


Stefan K. schrieb:
> Jetzt lege darüber ein AAF, das nur Frequenzen kleiner fs/2 durchlässt
> und schaue Dir die Spannungen an, die Dein ADC in den Slots von K1 bis
> K4 ausgibt.

Verstehe was du meinst. Stimmt, die Ecken werden ein wenig runder und es 
ist Glückssache, welchen Wert ich tatsächlich abkriege. Hacke es gleich 
mal ins LT Spice rein. Bleibt noch das Problemchen mit dem Aliasing und 
dem ADC.

Autor: J&J (Gast)
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Stefan K. schrieb:
> Wichtig ist doch Deine Samplingfrequenz. Welche hast Du gewählt?

Nein. Bei Delta/Sigma Wandlern verhält es sich anders. Das ist eben der 
große Vorteil von den Dingern bezogen auf die analogen Filter. Die 
Sampeln intern höher und durch Rauschumformung und Überabtastung 
schaffen die eben die große Auflösung. D.h. für die auslegung des 
Filters kann man die interne Taktfrequenz des ADC =  Samplefrequenz 
benutzen. Ist wohl so gängige Praxis.

Bsp.
http://skywired.net/blog/2011/07/how-delta-sigma-w...

http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/...

Autor: J&J (Gast)
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J&J schrieb:
>> Jetzt lege darüber ein AAF, das nur Frequenzen kleiner fs/2 durchlässt
>> und schaue Dir die Spannungen an, die Dein ADC in den Slots von K1 bis
>> K4 ausgibt.
Da das Filter recht schnell einschwingt,kein Problem. Und erst wenn ich 
dann einen Wert gelesen habe, wird umgeschaltet. Vorraussetzung ist 
natürlich, dass die stationäre Genauigkeit erreicht wird.

Autor: J&J (Gast)
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J&J schrieb:
> Vorraussetzung ist
> natürlich, dass die stationäre Genauigkeit erreicht wird.

Sollte heissen: Wichtig ist natürlich, dass...

Autor: Dergute Weka (derguteweka)
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Moin,

J&J schrieb:
> Bleibt noch das Problemchen mit dem Aliasing und
> dem ADC.

Was denn fuer ein Problemchen? Dir ist doch offensichtlich alles klar 
und du kannst auch jedem erklaeren warum ein SigmaDelta-ADC so 'ne tolle 
Wurst ist. Also, leg' los...

SCNR,
WK

Autor: Stefan K. (stefan64)
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J&J schrieb:
> D.h. für die auslegung des
> Filters kann man die interne Taktfrequenz des ADC =  Samplefrequenz
> benutzen. Ist wohl so gängige Praxis.

Das ist mir schon klar. Allerdings funktioniert die von Dir verlinkte 
Betrachtung nicht für gemultiplexte ADC-Eingänge.

Bei gemultiplexten Eingängen muss jeder Eingang ein separates Filter 
haben, das Frequenzen überhalb fs/2 hinreichend herausfiltert. Als fs 
ist dabei die Frequenz zu verwenden, mit der DIESER Kanal gesampelt 
wird. Dies wird in Deinem Aufbau durch die RC-Filter erreicht, die so 
ausgelegt sein müssen, dass sie Frequenzen oberhalb der fs(Kanal) 
hinreichend unterdrücken. Ein weiteres Filter ist dann nicht notwendig.

Ein "gemeinsames" AAF hat im günstigsten Fall keinerlei Effekt, nämlich 
dann, wenn seine Grenzfrequenz so hoch ist, das das Signal des 
vorausgehenden Kanals das Filter während der neuen Wandlung nicht mehr 
beeinflusst.
Wird allerding die Grenzfreqenz des Filters zu tiefer gesetzt, dann wird 
das AAF ein Mischen der Kanäle bewirken, s.o.

Gruß, Stefan

Autor: Stefan K. (stefan64)
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J&J schrieb:
> Da das Filter recht schnell einschwingt,kein Problem. Und erst wenn ich
> dann einen Wert gelesen habe, wird umgeschaltet. Vorraussetzung ist
> natürlich, dass die stationäre Genauigkeit erreicht wird.

Und, merkst Du was? In diesem Fall kannst Du das Filter getrost 
weglassen.

Autor: J&J (Gast)
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Stefan K. schrieb:
> Wird allerding die Grenzfreqenz des Filters zu tiefer gesetzt, dann wird
> das AAF ein Mischen der Kanäle bewirken, s.o.

Wird sie ja nicht.

Stefan K. schrieb:
> Ein "gemeinsames" AAF hat im günstigsten Fall keinerlei Effekt, nämlich
> dann, wenn seine Grenzfrequenz so hoch ist, das das Signal des
> vorausgehenden Kanals das Filter während der neuen Wandlung nicht mehr
> beeinflusst.

Schutz vor Antialiasing. Folgendes Szenario:

Durch die langen Leitungen gibt es irgendwelche Störungen, die auf der 
Leitung einkoppeln und sich als Oberwellen auf dem eigentlichen Signal 
bemerkbar machen. Die Gefahr ist dann je nachdem schon gegeben, das 
Aliasing auftritt.

Stefan K. schrieb:
> i gemultiplexten Eingängen muss jeder Eingang ein separates Filter
> haben, das Frequenzen überhalb fs/2 hinreichend herausfiltert. Als fs
> ist dabei die Frequenz zu verwenden, mit der DIESER Kanal gesampelt
> wird. Dies wird in Deinem Aufbau durch die RC-Filter erreicht, die so
> ausgelegt sein müssen, dass sie Frequenzen oberhalb der fs(Kanal)
> hinreichend unterdrücken.

Die Kohle reicht leider nicht für mehr als RC-Filter. Könnte man 
anständige Filter vorsehen, gebe ich Dir recht. RC-Filter mit 10dB/Dek 
sollen nur das Gewissen beruhigen, mehr geht da nicht. Aufgrund der 
'niedrigen' Abtastrate/Kanal und demnach niedrigen Fs/2 bezogen auf ein 
Kanal, kannst du z.B. LC Filter vergessen.

Autor: Stefan K. (stefan64)
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siehe auch:

http://www.edn.com/electronics-blogs/bakers-best/4...

"Figure 1 shows a delta-sigma converter multiplexed circuit with the 
antialiasing filters on the signal side of the multiplexer."

Und:

http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/...

Gruß, Stefan

Autor: Stefan K. (stefan64)
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J&J schrieb:
> Die Kohle reicht leider nicht für mehr als RC-Filter. Könnte man
> anständige Filter vorsehen, gebe ich Dir recht. RC-Filter mit 10dB/Dek
> sollen nur das Gewissen beruhigen, mehr geht da nicht. Aufgrund der
> 'niedrigen' Abtastrate/Kanal und demnach niedrigen Fs/2 bezogen auf ein
> Kanal, kannst du z.B. LC Filter vergessen.

Nochmal:
Bei entsprechender Wahl der RC-Filter und der KANAL-Samplingfrequenz 
können die RC-Filter durchaus ausreichend sein. Immerhin hast Du nur 
sehr niederfrequente Signale zu messen.

Ein AAF zwischen MUX und ADC bewirkt dagegen im besten Fall - nichts.
Im schlechten Fall wirst Du Artefakte der Nebenkanäle in Deinen 
Messwerten bekommen. Lass es einfach weg, dieses Geld kannst Du Dir 
guten Gewissens sparen.

bdw.:
Ich kenne keinen ADC mit gemultiplexten Eingängen mit einem 
zwischengeschalteten Filter. Nirgends in der Literatur findet sich ein 
solches Filter, und das aus gutem Grund.

Autor: J&J (Gast)
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Stefan K. schrieb:
> Bei entsprechender Wahl der RC-Filter und der KANAL-Samplingfrequenz
> können die RC-Filter durchaus ausreichend sein. Immerhin hast Du nur
> sehr niederfrequente Signale zu messen.

Die Abtastrate - hätte ich vll. erwähnen sollen.ADC:2000 S/Sek
Die Anzahl der Kanäle liegt z.B. bei 8.

Der ADC gibt nicht mehr her und da ich recht hohe Auflösung brauche, 
geht nicht mehr.

Autor: J&J (Gast)
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Stefan K. schrieb:
> RC-Filter mit 10dB/Dek

Sollte natürlich heissen 20dB/dekade

Zusammenfassung der Ergebnisse:
-Multiratenfilter sind bei gemultiplexten Signalen schwachsinnig, da die 
Originalsignale sich kaum wieder herstellen lassen
-RC-Filter mit 20dB/Dekade bei den einzelnen Kanälen vorsehen
-Trotz der Kritik: Ein AAF vor dem ADC, ausgeführt als LC-Filter; 
Vorteile: Verhinderung vom Aliaseffekt und weitere Minimierung des 
Eigenrauschens des Systems

Houston: Over and Out

:-)

Autor: J&J (Gast)
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Dergute W. schrieb:
> Was denn fuer ein Problemchen? Dir ist doch offensichtlich alles klar
> und du kannst auch jedem erklaeren warum ein SigmaDelta-ADC so 'ne tolle
> Wurst ist. Also, leg' los...

Und ein dicker Gruß an ' Dergute Weka' aka die Wurst;-)

Autor: J&J (Gast)
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Und Stefan K. (stefan64) für die Hilfe, eine andere Sichtweise und 
natürlich seinen Einsatz.

Autor: Gogo (Gast)
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Ich würde die Rangehensweise des TE bevorzugen. Hierbei ist einfach 
erklärt, warum so eine Abstufung Sinn macht:

RC-Filter(Lowcost): Kann dazu genutzt werden, Störsignale auf 
Fühlerleitungen zu eliminieren(EMV);

LC-Filter(oder allgemein AAF vor dem ADC): Folgendes Szenario - EMV, 
Leitungsgebundene Einkopplung des Signals: In Abhängigkeit vom Routing 
kann es durchaus passieren, dass nach dem RC Filter noch Störsignale 
einkoppeln. Daher macht hier imho ein AAF auf jeden Fall Sinn.

My2Cents

Autor: Jürgen Schuhmacher (engineer) Benutzerseite
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Ich bin noch nicht sicher, ob der TE wirklich 100% begriffen hat, worum 
es geht:

> -Multiratenfilter sind bei gemultiplexten Signalen schwachsinnig
Nicht zwangsläufig! Wenn nämlich - wie in Deinem Fall -  DIESELBE 
physikalische Grösse gemessen wird, können die sehr sinnvoll sein. 
Desweiteren sind ge-pipeline-te MRF durchaus in der Lage, mit 
gemultiplexten Signalen umzugehen, um sie isoliert zu behandeln oder 
auch erst NACH einer Filterung (durch z.B. diskreten Methoden wie drop, 
hold, reconstruct) die Kanäle (= überabgetasteten Informationen) 
zusammenzuführen.
Zudem kann es auch sein, daß Messumschaltung, Pausen, unterschiedliche 
Gains mitberücksichtigt werden müssen, bzw variante Ergebnisse bei 
gezielt unterschiedlicher Stromeinprägung bei der 4-Leiter-Technik. Da 
gibt es bekanntlich unterschiedliche Herangehensweisen.

> da die Originalsignale sich kaum wieder herstellen lassen
"Kaum" ist hier das richtige Wort. "Originalsignale" ist ein nicht so 
passendes Wort, weil durch keine Filterung Originalsignale 
wiederhergestellt, sondern verarbeitet werden.
Im Sinne der "Trennung" der Signale, ist das wiederum sehr wohl möglich, 
wird gemacht und funktioniert prächtig. Sowohl case 1 als auch case 2 - 
siehe Satz obendrüber.

> -RC-Filter mit 20dB/Dekade bei den einzelnen Kanälen vorsehen
Welche Steilheit der Filter haben muss oder darf hängt von dem 
Verhältnis der fmax zur fs ab.

> -Trotz der Kritik: Ein AAF vor dem ADC, ausgeführt als LC-Filter;
LC-Filter sitzen da meistens aus einem Grund: Brumm rauskerben, wenn 
nicht digital machbar. Je nachdem, was da vorne davor hängt, neigen sie 
aber zum Schwingen und haben eine kompliziertere Übertragungsfunktion, 
die die digitale Auswertung erschweren kann.

> Vorteile: Verhinderung vom Aliaseffekt und weitere Minimierung des 
Eigenrauschens des Systems
"Überhaupt erst mal Inangriffnahme des AAE" denn wie will man das ohne 
Filter machen?
Extrem überabtasten geht theoretisch, bringt aber Kosten, die in keinem 
Verhältnis stehen zu einer moderaten Überabstatung + RC-Filter. Also ist 
ein AAF Pflicht. Wohlgemerkt RC-Filter.

> Houston: Over and Out
You 've had a problem


Geh doch mal so ran, wie zu Zeiten ohne Frageoption im Internet:

Schaltungsvarianten mit entsprechenden use cases = programmierten 
Spannungsquellen + Störungen in Spice aufbauen, alles quersimulieren und 
Abgetastetes virtuell filtern. Das bringt Erkenntnis.

Autor: Gogo (Gast)
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Ich bin mir nicht ganz sicher, aber der TE hat vermutlich gemeint, das 
MRF nicht bezogen auf einen Kanal ist sondern das gemultiplexte Signal 
als Ganzes betrachtet.

Bezogen auf die einzelnen Kanäle kann ein MRF durchaus Sinn machen.

Ansonsten habe ich dem Post meines Vorredners nichts hinzuzüfügen. 
Sachlich, präzise.

Grüße

Jürgen S. schrieb:
> LC-Filter sitzen da meistens aus einem Grund: Brumm rauskerben, wenn
> nicht digital machbar. Je nachdem, was da vorne davor hängt, neigen sie
> aber zum Schwingen und haben eine kompliziertere Übertragungsfunktion,
> die die digitale Auswertung erschweren kann.

Es gibt ja bekanntlich Verfahren, wie man die Übertragungsfunktion 
festlegen kann. Die Nachteile realer Schaltungen/Filter sind ja genannt 
worden. Da muss man in der Tat aufpassen. Zudem ist der Entwurf nicht 
ganz trivial, wenn man vor das LC Filter noch ein RC Filter hängt.

Autor: Gogo (Gast)
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Jürgen S. schrieb:
> Zudem kann es auch sein, daß Messumschaltung, Pausen, unterschiedliche
> Gains mitberücksichtigt werden müssen, bzw variante Ergebnisse bei
> gezielt unterschiedlicher Stromeinprägung bei der 4-Leiter-Technik. Da
> gibt es bekanntlich unterschiedliche Herangehensweisen.

Was ist eigentlich mit 'gezielt unterschiedlicher Stromeinprägung' 
gemeint?
Welche zusätzlichen Informationen gäbe es hier?

Jürgen S. schrieb:
> Wenn nämlich - wie in Deinem Fall -  DIESELBE
> physikalische Grösse gemessen wird, können die sehr sinnvoll sein.

Inwiefern? Ein Beispiel wäre gut.

Jetzt juckts halt doch;-)

Autor: Gogo (Gast)
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Autor: Analog-OPA (Gast)
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Autor: Jürgen Schuhmacher (engineer) Benutzerseite
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@Analog-OPA schrieb:
> https://de.wikipedia.org/wiki/Vierleitermessung
Ich kann besonders das erste, in der Liste der empfohlenen Bücher 
anraten. An dem habe Ich ein wenig mitgewirkt. D:

Ansonsten aber auch hier:
Beitrag "PT100 4-Leiter-Messung mit MCP3551"

Es gibt allerdings ein paar Techniken, die nicht im Buch stehen:

@Gogo:
Je nachdem, was man misst, kann man mit unterschiedlichen Strömen 
messen, um das Linearitätsthema bestimmter Sensoren, Offsets und 
Rauschen zu erschlagen. Insbesondere kann man den Messbereich 
einstellen. Des weiteren kann man mit programmierbaren Gain-Amplifiern 
ebenfalls Messbereiche von ADCs einstellen, um deren Linearitätsthema zu 
behandeln. Das muss man bei dem Filtern berücksichtigen.

Wenn man sich jetzt vorstellt, dass man unterschiedliche Kanäle mit 
unterschiedlichen Werten hat, kann man hergehen und das optimieren.

Die andere Thematik ist, dass man u.U. mit 4 Sensoren denseleben Werte 
messen könnte und dann hergeht und alle Werte in einen Filter wirft. 
Parallel dazu exisitiert das Thema der Mehrkanaligkeit. Wenn man sich 
jetzt ein Array aus 8 Modulen vorstellt, die alle 8 Kanäle haben könnte 
man 4 Werte 16fach messen. Wenn man nun die Zeitbezüge der Messungen 
entsprechend herstellt, kann man die Abtastrate UND die Genauigkeit 
erhöhen. Mit einer Software (DSP) ist die Behandlung mehr oder weniger 
naheliegend. Lustig wird die Sache bei einem FPGA mit schlagartig 
umschaltbaren Parametern für die Koeffizienten und Parameter. Das ist 
aber auch wieder sowas, was nicht in den Büchern steht, aber u.a. hier 
verbaut ist:
http://www.96khz.org/htm/multibandcompressor2.htm

Autor: JoJo (Gast)
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Nun ja, man kann ja das Ganze hervorragend simulieren. Das habe ich 
gemacht, einen Muxer muss man halt selber bauen - geht aber ohne 
weiteres in LTSPice z.b.. Und was kommt dabei raus?

Wie Stefan schon vermutet hat, beeinflussen sich die einzelnen 
Filterstufen gegenseitig und verfälschen das Ergebniss. Wenn es sich um 
eine genaue Messung handelt, kann dieser Mückenschiss durchaus eine 
Rolle spielen.

Autor: WS (Gast)
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JoJo schrieb:
> Nun ja, man kann ja das Ganze hervorragend simulieren.

Dazu muss man aber auch erst einmal eine Idee haben, was man bauen 
möchte. Wie sähe denn ein optimiertes Multiratenfilter für diese 
Mehrkanalanwendung bei Dir aus?

Autor: JoJo (Gast)
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Habe mich mehr mit dem HW-Aufbau beschäftigt. Das, was  Jürgen S. 
schreibt ist schon ziemlich advanced.

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