programmierbares Antialiasing-Filter mit analog Schalter?

[Oliver (Gast)]

Guten Morgen,

ich versuche einen programmierbaren Antialiasing-Filter aufzubauen, für 
f=1..10 kHz. Dafür kamen mir erst analoge Schalter-ICs in den Sinn. 
Funktioniert das so wie im Anhang?

Danke und
Vielen Grüße

Oliver

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Prinzipiell ja, wenn dir die 4 Stufen reichen und das zu filternde 
Signal den Spannungsbereich des Schalters nicht verlaesst. Das Filter 
insgesamt ist halt recht erbaermlich, aber das waer's auch ohne die 
Analogschalter.

Gruss
WK

[Harlekin (Gast)]

Um der Demodulation von Radiosignalen an den internen Nichtlinearitäten 
entgegen zu wirken, empfiehlt es sich einen rein analogen Tiefpass 
vorzuschalten.

[Oliver (Gast)]

@ Weka: Habe es aus dem Datenblatt vom Sensor 
(http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADXL1001-1002.pdf).

Oder wäre da ein richtiges Filter wie der LTC1069-1 deutlich besser?
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/10691fa.pdf?

Grüße
Oliver

[Harlekin (Gast)]

Oliver schrieb:
> @ Weka: Habe es aus dem Datenblatt vom Sensor
> 
(http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADXL1001-1002.pdf).
>
> Oder wäre da ein richtiges Filter wie der LTC1069-1 deutlich besser?
> http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/10691fa.pdf?

Bei mir geht die Warnleuchte an. Der Clock des ADXL1001/1002 kann mit 
200kHz in der Nähe desjenigen vom LTC1069-1 liegen. Es ist zu prüfen, ob 
das resultierende Alias akzeptabel ist.

Welcher Frequenzbereich wird benötigt?
Das Rauschen des Beschleunigungssensors ist bei tiefen Frequenzen 
erhöht. Hier könnte ein wegschaltbarer Hochpass sinnvoll sein. Die 
Selbstestfunktion ist statisch, daher müsste der Hochpass weggeschaltet 
werden können.

[Oliver (Gast)]

Harlekin schrieb:
> Bei mir geht die Warnleuchte an. Der Clock des ADXL1001/1002 kann mit
> 200kHz in der Nähe desjenigen vom LTC1069-1 liegen. Es ist zu prüfen, ob
> das resultierende Alias akzeptabel ist.

Prüfen heißt dann hier Messen? Würde ein einfacher Tiefpass um 200 kHz 
vor dem Filter helfen?

> Welcher Frequenzbereich wird benötigt?

Ideal wären 1-10 kHz. Geplant ist, umschaltbare Stufen von bspw. 2kHz, 
5kHz und 10kHz zu erreichen.

Da der Sensor mit 3,3v betrieben wird, dachte ich mir, teile ich Vout 
des Sensors auf max. 1,8v, filter es und digitalisiere es dann. Der ADC 
hat Vref = 0,6V und die Vorverstärkung 1/3.

[Harlekin (Gast)]

Oliver schrieb:
> Prüfen heißt dann hier Messen?
Den angestrebten Signal-Störabstand kenne ich nicht. Hingegen gibt es im 
Datenblatt des Filters auf Seite 8 im Abschnitt Aliasing und der 
Tabelle 4 einen Hinweis zum Einfluss.

> Würde ein einfacher Tiefpass um 200 kHz vor dem Filter helfen?
Kaum. Dazu müsste die Grenzfrequenz tiefer sein. Als Kompromiss würde 
ich 30kHz wählen. Dann hätte man wenigstens knapp 20dB Dämpfung und wäre 
noch einigermassen von 10kHz entfernt.

Ehrlich gesagt, mir gefällt die Variante mit dem Analogschalter besser. 
Der Stromverbrauch ist geringer und man hat keine zusätzliche Alias. 
Einen Teil der Kondensatoren C3, C5, C7 würde ich nicht schalten, damit 
hat man schon einen passiven Tiefpass gegen Radiosignale. Eventuell 
erfordert der Eingangswiderstand des AD-Wandlers einen Buffer. Diesen 
könnte man, als zusätzliches analoges Filter ausführen.

Oliver schrieb:
> Ideal wären 1-10 kHz.
Frequenzbereich 1kHz...10kHz?
Dann könnte man mit einem Bandpass den Signal-Störabstand verbessern. 
Man müsste sich überlegen, wie man die statische Testfunktion trotzdem 
nutzen kann. (Hochpassfunktion schaltbar oder zweiten AD-Wandlereingang 
je nach Priorisierung und Situation)

[Oliver (Gast)]

@ Harlekin
Dankeschön für die vielen Tipps :)

> Ehrlich gesagt, mir gefällt die Variante mit dem Analogschalter besser.
Mir eigentlich auch. Was hälst du von der aktuellen Schaltung? Mit 
IN1=IN2=0 lassen sich alle C's trennen.

>> Ideal wären 1-10 kHz.
>Frequenzbereich 1kHz...10kHz?
Entschuldigung. eigentlich 0 bis 10 kHz.

Der ADC hat einen Eingangswiderstand von >1 MOhm und max. Csample = 
2.5pF. Bei Rsource <= 40 kOhm erreicht er eine Samplerate von 142,86 
kHz.

Grüße

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Ja, das wird schon, technisch gesehen, so funktionieren. So wie's 
aussieht wirst du dann etwas unterschiedliche Filter rausbekommen, je 
nach "Schalterstellung".
Die Frage ist bloss: Lohnt sich denn der extra Aufriss? Wenn du dir mal 
die Frequenzgaenge der verschiedenen Filter anschaust - die werden so 
unterschiedlich nicht sein, fuercht' ich. So'n oller RC-Tiefpass ist so 
flach vom Verlauf von Durchlass- zu Sperrbereich; da spielt die 
Grenzfrequenz eine viel kleinere Rolle als du denkst.
Es waere wahrscheinlich sinnvoller, wenn du rausfindest, wie stark deine 
Signale aus dem Sensor bei hoeheren Frequenzen sind, mit welcher 
Frequenz du tatsaechlich abtastest, was du an Aliasfehlern tolerieren 
kannst, etc. Dann basierend auf diesen Infos einen (in Worten "einen") 
Tiefpass zusammenspaxt.

Gruss
WK

[Oliver (Gast)]

Hallo,

da ich schon ganz gerne einen wirklich einstellbaren TP haben möchte, 
habe ich den Versuch mit dem LTC1069 nochmal aufgegriffen und ein 
weiteres Filter davor geschaltet. Dessen fc ist bei etwa 23 kHz. Ist 
evtl nicht die effektivste Lösung, aber die sollte den gewünschten 
Erfolg erbringen, oder?

[Harlekin (Gast)]

Die beiden Ausgänge von IC1 und IC2 konkurieren miteinander. Zumindest 
wenn IC1 durchgeschalten ist.

Warum soll die Bandbreite programmierbar sein? Geht es um den 
Signal-Stör-Abstand? Dann ist zu prüfen, ob das Filter LTC1069-6 diesen 
überhaupt verbessert.

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Ja, ausser den 2 aufeinander arbeitenden Ausgaengen ist's halt insgesamt 
schwierig, weil das Gesamtproblem ja immer noch streng geheim ist.
Du kriegst halt nochmal eine weitere Abtastung mit einer neuen Frequenz 
in deine Schaltung, bei deiner Praxis wirds recht schwierig sein, den 
Takt vom Nutzsignal gut zu trennen.
Ein elliptisches Filter ist ziemlich genau das Gegenteil von 
phasenlinear. Nochdazu macht's dir minimum 100µsec Signallaufzeit, bei 
niedrigerer Grenzfrequenz dann wohl eher 1msec; Richtung Grenzfrequenz 
dann jeweils nochmal mehr. Wenn das ganze Teil einer Regelschleife ist - 
scheena Gruass. Ueberschwinger produzierts natuerlich auch - naja, kann 
sein, dass das nix macht, muss aber nicht. Das weisst dann nur du.

Gruss
WK

[HildeK (Gast)]

Harlekin schrieb:
> Die beiden Ausgänge von IC1 und IC2 konkurieren miteinander. Zumindest
> wenn IC1 durchgeschalten ist.

Korrekt. Das geht so nicht.
Man könnte aber das Filter um U2 mit dem IC2 vertauschen, dann kann man 
die beiden Pfade voneinander trennen.

[Oliver (Gast)]

Harlekin schrieb:
> Warum soll die Bandbreite programmierbar sein? Geht es um den
> Signal-Stör-Abstand? Dann ist zu prüfen, ob das Filter LTC1069-6 diesen
> überhaupt verbessert.

Ziel ist es, mit dem ADXL Maschinenschwingungen zu erfassen und zb durch 
erkannte Stöße auf Getriebeschäden oÄ zu schließen.

Dafür hatte ich mir vorgestellt, dass der "Messbereich" in gewissen 
Bandbreiten umschaltbar ist, um zb auch bei niedrigeren Frequenzen eine 
genaue FFT erstellen zu können. Welche Filterart würdet ihr dafür 
bevorzugen?


HildeK schrieb:
> Man könnte aber das Filter um U2 mit dem IC2 vertauschen, dann kann man
> die beiden Pfade voneinander trennen.

Dann wäre aber der AA-Filter um U2 für IC2 wirkungslos.

Danke schon mal an Alle für die vielen Antworten :)

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Oliver schrieb:
> Ziel ist es, mit dem ADXL Maschinenschwingungen zu erfassen und zb durch
> erkannte Stöße auf Getriebeschäden oÄ zu schließen.
>
> Dafür hatte ich mir vorgestellt, dass der "Messbereich" in gewissen
> Bandbreiten umschaltbar ist, um zb auch bei niedrigeren Frequenzen eine
> genaue FFT erstellen zu können. Welche Filterart würdet ihr dafür
> bevorzugen?

Die ganzen Faxen wuerd' ich alle auf der digitalen Seite machen. Steck' 
deine Energie auf der analogen Seite in einen stoersicheren Aufbau und 
ein fixes Antialiasingfilter mit vernueftigem Aufwand. Den Rest mach' 
digital.

Gruss
WK

[HildeK (Gast)]

Oliver schrieb:
> HildeK schrieb:
>> Man könnte aber das Filter um U2 mit dem IC2 vertauschen, dann kann man
>> die beiden Pfade voneinander trennen.
>
> Dann wäre aber der AA-Filter um U2 für IC2 wirkungslos.

Auch wieder wahr, ich hatte nicht erkannt, das U2 als Filter für IC2 
notwendig ist.
Dann wäre eben noch ein Analogschalter am Ausgang von IC2 zu spendieren.

[Oliver (Gast)]

Dergute W. schrieb:
> Die ganzen Faxen wuerd' ich alle auf der digitalen Seite machen. Steck'
> deine Energie auf der analogen Seite in einen stoersicheren Aufbau und
> ein fixes Antialiasingfilter mit vernueftigem Aufwand. Den Rest mach'
> digital.

Ok, dann so etwas? Butterworth 4. Ordnung mit fc=20 kHz. Damit sollte 
ich bspw. mit 100 kHz abtasten und zb mit einem FIR 1k, 5k und 10k 
filtern können, oder?

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Ich seh' schon: Die Umschaltung muss wohl unbedingt sein. Aus Gruenden.
Unschoen bei deiner Schaltung ist, dass der U3 immer den C3 als Last 
sieht. Das bleibt auch unschoen, obwohl Linear behauptet "drives all 
capacitive loads".
Ich hoff' mal, der Sensorausgang ist so niederohmig, dass der die beiden 
Tiefpaesse treiben kann, ohne deren Frequenzgaenge zu verbiegen.

Wenns unbedingt die Umschaltung sein muss, dann wuerd' ich direkt die 
Ausgaenge des 2. OpAmps und des Analogschalters zusammenhaengen und 
danach erst den Tiefpass 1. Ordnung. Der dann gleichzeitig die reelle 
Polstelle fuer ein Butterworth (oder was auch immer) Filter 5. Ordnung 
bildet. Die beiden OpAmps machen dann jeweils ein weiteres Polpaar fuer 
den Rest des Filters.

Gruss
WK

[Oliver (Gast)]

Dergute W. schrieb:
> Die Umschaltung muss wohl unbedingt sein. Aus Gruenden.

Harlekin schrieb:
> Die
> Selbstestfunktion ist statisch, daher müsste der Hochpass weggeschaltet
> werden können.

Hallo Weka, der Schalter ist nur deswegen drin. Warum reicht es nicht, 
das Signal während des Selbsttests auch zu filtern? Wenn ich es richtig 
verstanden habe, geht es dabei eher um eine DC-Differenz.

>The output amplifier can drive resistive loads up to 2 mA of source
> current, for example greater than 2.5 kΩ for 5 V operation. If
> the output is to drive a capacitive load greater than or equal to
> 100 pF, a series resistor of at least 8 kΩ is required to maintain
> the amplifier stability.

> Maximum Resistive Load 20 20 MΩ
> Maximum Capacitive Load With external resistor 22 nF

Bei 10 kHz beträgt die Eingangsimpedanz des Filters etwa 10,9kOhm, oder?
Oder sollte ich lieber einen Impedanzwandler zwischenschalten?

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Oliver schrieb:
> Harlekin schrieb:
>> Die
>> Selbstestfunktion ist statisch, daher müsste der Hochpass weggeschaltet
>> werden können.
>
> Hallo Weka, der Schalter ist nur deswegen drin. Warum reicht es nicht,
> das Signal während des Selbsttests auch zu filtern? Wenn ich es richtig
> verstanden habe, geht es dabei eher um eine DC-Differenz.

Ja,aeh - da ist doch nirgends ein Hochpass, der weggeschaltet werden 
muesste. Durch deinen aktiven Tiefpass geht DC doch prima durch. Oder 
ist da irgendwo ein unsichtbarer Koppel-C?


> Bei 10 kHz beträgt die Eingangsimpedanz des Filters etwa 10,9kOhm, oder?
> Oder sollte ich lieber einen Impedanzwandler zwischenschalten?

Nee, das scheint schon so zu passen - im Datenblatt steht fuer die 
Output Impedance < 0.1 Ohm - da sind dann ein paar KOhm und nF die vom 
Filter her dranhaengen ziemlich wurscht.
Bei deinem Spice-bildchen fehlt der C3 - also die 1.8nF vom Ausgang des 
OpAmps nach Masse. Und auch wenn Spice da nicht zuckt - ich tu's, weil 
mir klar ist, dass auch wenn der OpAmp mit so einer kapazitiven Last 
klarkommt, deshalb dann deutlich hoehere Stromspitzen auf die 
Versorgungsleitungen kommen. Der OpAmp muss ja dann immer die Ladung des 
C3 hurtig umladen.

Gruss
WK