Kā zemfrekvenču filtrs kvadrātveida viļņiem

Акустическая система "Элиот 30АС-101КЕ" СССР 1990 г. (Maijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Kā zemfrekvenču filtrs kvadrātveida viļņiem


Šis raksts, kas ir daļa no AAC Analog Circuit Collection, piedāvā ķēdi, kas ir laba izvēle, ja no digitālā signāla jāizņem augstfrekvences troksnis.

Filtri parasti tiek apspriesti analogo signālu kontekstā: no audio, kanālu izvēles vai attēla noraidīšanas RF sistēmās, medicīnisko ierīču līniju frekvences noraidīšanas medicīniskajās ierīcēs, anti-aliasing ADC ķēdēs un tā tālāk. Tomēr ciparu signālus var ietekmēt arī troksnis, un, lai gan digitālā komunikācija pēc savas būtības ir vairāk izturīga pret troksni nekā analogā komunikācija, var gadīties, ka dažos signālu ķēdes posmos vēlaties iztīrīt digitālo signālu.

Man ir iespējama viena iespējamā lietošana, jo es to pieminēju nesenajā rakstā par Mančestras kodēšanas ieviešanu. Es iepazīstināju ar pamata ķēdi (tikai XOR vārti), kurus var izmantot, lai ieslēgtu normālu digitālo signālu Mančesteras signālam, bet es arī norādīju, ka XOR pieeja ir jutīga pret neīstām pārejām. Pēc tam es ierosināju, ka dažos gadījumos sistēma var pārvarēt šos (augstfrekvences) neīstos pārejas, izmantojot zemfrekvences filtru.

Vēl viena situācija, kurā, iespējams, vēlēsities filtrēt zemfrekvences digitālo signālu, ja jūs izmantojat SPI, I2C vai UART, lai pārsūtītu datus starp dažādām robotas daļām. Pārejošs troksnis, ko rada elektromehāniskās ierīces vai strāvas padeves shēmas, var būt pietiekami nopietni, lai radītu gadījuma rakstura (vai ne tik retušu) kļūdu jūsu digitālajās komunikācijās - es esmu iedomājies kaut ko līdzīgu UART vadam, kas ir savienots starp diviem atsevišķiem PCB un ir jāpārvar briesmās tuvu matēta DC motoram. Jūs, iespējams, varētu filtrēt šo troksni, jo īpaši, ja jūsu datu pārsūtīšanas prasības ļauj izmantot zemu datu pārraides ātrumu.

Izvairīšanās no traucējumiem

Jums var būt jautājums, kāpēc jums nepieciešams kāds īpašs filtrs digitālajam signālam. Kas ir tik atšķirīgs attiecībā uz zemas frekvences filtrēšanu, izmantojot digitālo viļņu, salīdzinot ar analogās viļņu formas zemfrekvences filtrēšanu? // www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-7/square-wave-signals/ "target =" _ blank "> Furjē pārveidošana. Ja jūs dzīvojat frekvences jomā, ciparu viļņu forma faktiski nav ciparu viļņu forma. Tas ir ilgu (teorētiski bezgalīgu) sinusoīdu secības kombinācija ar dažādām frekvencēm un dažādām amplitūdām. Kad šie sinusoīdi ir pilnīgi saskaņoti, rezultāts ir normāls kvadrātveida (vai taisnstūrveida) viļņu forma. Tomēr, ja tie nav izlīdzināti, jūs galu galā izkropļojat lupi lieta, kas patiešām nav kvadrātveida vilnis, bet arī noteikti nav sine vilnis.

Apskatīsim piemēru. Sekojošā shēma ir Butterworth zemas caurlaides filtra ceturtās kārtas (es izmantoju Analog Devices "filtra vedni", lai ģenerētu komponents vērtības):

Ņemiet vērā arī to, ka zvana signāls kļūs vēl smagāks, jo palielinās filtra secība.

Besela filtrs

Mēs varam atrisināt šo problēmu, izmantojot Bessela filtru. Ievadā es teicu, ka šis raksts uzrāda "ķēdi", bet tas ir neprecīzs, jo pati Besela ķēde (ti, sastāvdaļu izvietojums) neatšķiras no Buttervotas ķēdes vai Chebyshev ķēdes. Kas pārvērš otrā posma filtra posmu Bessel (vai Butterworth vai Chebyshev) filtram, ir komponentu vērtības, kuras aprēķina tā, lai izveidotu frekvenču raksturlīkni, kas atbilst šiem filtru tipiem. Būtu labs intelektuāls uzdevums, lai noteiktu šīs komponentu vērtības, izmantojot filtru tabulas, bet mērķtiecīgas inženierijas "reālajā pasaulē" ir grūti konkurēt ar programmatūru, tādu kā iepriekš minētais Analog Devices rīks.

Bessela filtrs ir optimizēts lineārās fāzes reakcijai, kas padara to ideālu, lai samazinātu zvana signālus ciparu signālos. Zvana signāls, pārtēriņš, deformācija, nostrādāšanas laiks - visi šie ir termini, kurus mēs varam izmantot, atsaucoties uz filtrētās ciparu viļņu formas izmaiņām, taču ir svarīgi atcerēties patieso šīs maiņas cēloni: nelineārā fāzes reakcija, kas rada laika sadalījumu starp Furjē frekvences, kas veido kvadrātveida vilni.

Šim ķēdei ir četri stabi, piemēram, iepriekšējā, un atslēgšanās frekvence ir vienāda. Tomēr komponentu vērtības tiek atlasītas, lai izveidotu Besela reakciju, nevis Butterworth atbildi.