Jump to content
    

Расчет и моделирование фильтра. Nuhertz Filter Solutions, LTSpice

Здравствуйте!

Появилась задача сделать антиалайзинговый фильтр (ФНЧ).

Этот ФНЧ будет стоять перед входом в SAR АЦП (частота дискретизации 250 кГц) AD7682.

 

Рабочая полоса входного сигнала: 0..100 кГц.

Амплитуда входного сигнала: ±1 В (размах 2 В)

 

Сам фильтр решил делать с такими параметрами (Поправьте, пожалуйста, если не прав. Возможно вообще можно сделать всё проще или сложнее  🙂 )

  • Активный фильтр Баттерворта. Предполагаю, что так можно будет достичь минимальной неоднородности АЧХ (около 0 dB) в области рабочей полосы). Все активные элементы: ОУ AD8655
  • Топология фильтра: GIC Biquad (интересно, как это по-русски называется). Если правильно прочитал, то фильтр с такой топологией будет наиболее устойчивым к изменениям номиналов резисторов/конденсаторов.
  • Pass Band Frequency (частота полосы пропускания) = 125 кГц (взял такую, чтобы неоднородность АЧХ в рабочей полосе была минимальной, отодвинул частоту среза от рабочей полосы)
  • Stop Band Frequency (частота полосы заграждения) = 250 кГц
  • Stop Band Attenuation (ослабление в полосе заграждения) = 40 dB
  • Усиление фильтра 1.5 раза. Выходной сигнал по амплитуде 0..3В

 

Для расчета необходимо указать паразитные параметры (Parasitics): ОУ,  конденсаторов, резисторов. Но где взять некоторые из параметров(как рассчитать), в даташитах они не приведены?

1) R Out (ОУ)

2) R In (ОУ)

3) C In (ОУ)

4) Default Resistor Shunt Capitance (резистор)

5) Def Cap Q (конденсатор)

6) Def Cap Rs (конденсатор)

7) Def Cap Rp (конденсатор)

 

Конденсаторы и резисторы - Murata и Yageo

 

Скорее всего еще ручная пайка будет вносить дополнительную паразитную емкость, как и ее учесть?

 

Скриншот Nuhertz FilterSolution:

image.thumb.png.cde7701a341a25cc1593076efa192afe.png

 

P.S: Планирую еще потом проверить рассчитанный фильтр в LTSpice

Share this post


Link to post
Share on other sites

1. Поставьте галки "ideal" справа.

2. Возьмите 25 Ом, 1 МОм, 10 пФ, 5 пФ, Q из документации на серию конденсаторов (100 и более?), 1 Ом и 10 МОм.

3. Сравните расчёты. Прям интересно

Share this post


Link to post
Share on other sites

1 час назад, Точка Опоры сказал:

Сравните расчёты. Прям интересно

сойдутся 1:1. 

Но кроме ОУ есть и другие варианты вашего фильтра, температурно более стабильные, например:

image.thumb.png.73520113e22dadf072d616d7c1b01f2e.png

Кроме того, Самурай правильно говорит - параметры вашего фильтра скорее подозрительные, чем технически оправданные.

Вы знаете что Баттерворт на переходной характеристике для импульсного сигнала даст выброс процентов 15% и куда вы их денете?

 

Edited by тау

Share this post


Link to post
Share on other sites

В 24.02.2024 в 14:37, srf55 сказал:

Появилась задача сделать антиалайзинговый фильтр (ФНЧ).

Этот ФНЧ будет стоять перед входом в SAR АЦП (частота дискретизации 250 кГц) AD7682.

Рабочая полоса входного сигнала: 0..100 кГц.

Сам фильтр решил делать с такими параметрами (Поправьте, пожалуйста, если не прав. Возможно вообще можно сделать всё проще или сложнее  🙂 )

  • Pass Band Frequency (частота полосы пропускания) = 125 кГц (взял такую, чтобы неоднородность АЧХ в рабочей полосе была минимальной, отодвинул частоту среза от рабочей полосы)
  • Stop Band Frequency (частота полосы заграждения) = 250 кГц
  • Stop Band Attenuation (ослабление в полосе заграждения) = 40 dB

Антиалайзинговый фильтр у Вас немного странный... Нормальный должен давить все, что выше 125кГц, и не начинать давить, как у Вас, а заканчивать! Т.е. эти самые 40дБ должны быть если и не на 125кГц, то хотя бы на 150кГц... Ну это если по честному нужно не менее 40дБ подавления всего не нужного в Вашей полосе 0...100кГц. 

Дальше, неоднородность АЧХ это конечно хорошо, но у фильтра есть еще и неоднородность групповой задержки... Особенно сильной в полосе 50...100кГц. Я не знаю Вашей задачи, может быть это и не важно, а может и нет...

Еще чисто для уточнения: АЦП 4-х канальный, Вы используете только 1 канал? Если нет, то частоту дискретизации 250кГц надо делить на количество каналов...

Share this post


Link to post
Share on other sites

2 часа назад, Точка Опоры сказал:

1. Поставьте галки "ideal" справа.

2. Возьмите 25 Ом, 1 МОм, 10 пФ, 5 пФ, Q из документации на серию конденсаторов (100 и более?), 1 Ом и 10 МОм.

3. Сравните расчёты. Прям интересно

Спасибо за ориентировочные паразитные параметры. Пока что их буду использовать

 

1 час назад, Самурай сказал:

Антиалайзинговый фильтр у Вас немного странный... Нормальный должен давить все, что выше 125кГц, и не начинать давить, как у Вас, а заканчивать! Т.е. эти самые 40дБ должны быть если и не на 125кГц, то хотя бы на 150кГц... Ну это если по честному нужно не менее 40дБ подавления всего не нужного в Вашей полосе 0...100кГц.

Спасибо! Изменил параметры Pass Band = 105 кГц, Stop Band Frequency = 150 кГц.

40 дБ подавления пока оставил. Но уже становится понятно, что с такими параметрами вменяемого порядка фильтра не получается.

 

1 час назад, Самурай сказал:

Дальше, неоднородность АЧХ это конечно хорошо, но у фильтра есть еще и неоднородность групповой задержки... Особенно сильной в полосе 50...100кГц. Я не знаю Вашей задачи, может быть это и не важно, а может и нет...

В моей задаче измерять фазу не требуется.

 

1 час назад, Самурай сказал:

Еще чисто для уточнения: АЦП 4-х канальный, Вы используете только 1 канал? Если нет, то частоту дискретизации 250кГц надо делить на количество каналов...

У меня все четыре канала используются.

В первом посте мне надо было написать, что речь идет в т.ч про килосэмплы.

Полистал даташит на АЦП. Не нашел где сказано, что 250ксэмплов это не на каждый канал из четырех.

Edited by srf55
Дополнил

Share this post


Link to post
Share on other sites

2 часа назад, тау сказал:

сойдутся 1:1. 

Но кроме ОУ есть и другие варианты вашего фильтра, температурно более стабильные, например:

image.thumb.png.73520113e22dadf072d616d7c1b01f2e.png

 

 

 

 

Спасибо! Но разве активные фильтры не более устойчивы к изменениям R нагрузки и C нагрузки?

По тексту из даташита на AD7682: Rin около 2.2кОм, Сin около 27pF

2 часа назад, тау сказал:

Кроме того, Самурай правильно говорит - параметры вашего фильтра скорее подозрительные, чем технически оправданные.

Вы знаете что Баттерворт на переходной характеристике для импульсного сигнала даст выброс процентов 15% и куда вы их денете?

А чем его тогда заменить, если фильтра Чебышева и Бесселя имеют более неоднородную АЧХ в рабочей полосе?

Share this post


Link to post
Share on other sites

40 minutes ago, srf55 said:

Не нашел где сказано, что 250ксэмплов это не на каждый канал из четырех.

Если на входе АЦП указан коммутатор, то вероятность иметь 62 kSpS стремится к 1.

Share this post


Link to post
Share on other sites

13 минут назад, Точка Опоры сказал:

Если на входе АЦП указан коммутатор, то вероятность иметь 62 kSpS стремится к 1.

По тексту не нашел конкретных указаний на это и начал считать от обратного:

50 МГц(частота SCK)   /   4 канала   /   16 бит (т.к SAR) = 781,250 kSpS . Понятное дело, что между сэмплами какая-то пауза должна быть.

И поэтому решил, что 250kSpS на каждый канал вполне реально

 

Edited by srf55

Share this post


Link to post
Share on other sites

В 24.02.2024 в 21:27, srf55 сказал:

По тексту не нашел конкретных указаний на это и начал считать от обратного

Да вроде все очевидно:

image.thumb.png.e931acc304252d194953be933411af31.png

Share this post


Link to post
Share on other sites

Известные мне сигма-дельта кодеки для звука (там 2 канала АЦП) имеют встроенный фильтр. Ваш частотный диапазон пошире, но может, стоит поискать что-то подобное?

Share this post


Link to post
Share on other sites

18 hours ago, тау said:

 

image.thumb.png.73520113e22dadf072d616d7c1b01f2e.png

 

У нас LQH32 наводились друг на друга на частотах до 2МГц. Пришлось рахворачивать каскады взаимно перпендикулярно. Даже аапнот у мюраты был на минимальное расстояние между LQH32. Для больших значений лучше LQH66 брать. Для маленьких - витые в резине или чип. 

Share this post


Link to post
Share on other sites

1 час назад, _4afc_ сказал:

У нас LQH32 наводились друг на друга на частотах до 2МГц. Пришлось рахворачивать каскады взаимно перпендикулярно.

полностью согласен, Вы правы.

Share this post


Link to post
Share on other sites

17 часов назад, srf55 сказал:

Но разве активные фильтры не более устойчивы к изменениям R нагрузки и C нагрузки?

всякое бывает с этими фильтрами. Бывает что и устойчивее, но смысла применения может и не быть то ли из-за шумов, то-ли темп. нестабильности. Это очень творческая задача- выбрать правильный фильтр. Простых рецептов нету. Вы просили варианты. А из активных я бы останавливался на саллен-кее, там в два раза меньше ОУ и резисторов.

17 часов назад, srf55 сказал:

А чем его тогда заменить, если фильтра Чебышева и Бесселя имеют более неоднородную АЧХ в рабочей полосе?

Выбор фильтра зависит от решаемых задач. Кому-то Бесссель, кому то Гаусс, некоторым Баттерворт , а иным Чебышев или эллиптический.  Кто то использует повышенную частоту  сэмплов и обходится более простым аналоговым фильтром, дофильтровывая ненужное в цифре. Кто то фильтр ставит упрощенный, потому что фильтровать другие зоны найквиста в его задаче нет объективных повышенных требований. 

 

Edited by тау

Share this post


Link to post
Share on other sites

Угу, фильтр Ка́лмана забыли. Мне тут сказали, что он тоже универсальный фильтр. За что купил - за то и продаю :rofl:

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

×
×
  • Create New...