Niepożądane sygnały sinusoidalne
W niektórych aplikacjach istotną kwestią jest koszt urządzenia, w związku z czym pożądane jest zmniejszenie ilości elementów znajdujących się w torze sygnałowym. Poniżej pokazano dwa schematy blokowe - z większą (po lewej) i mniejszą (po prawej) - liczbą elementów, co przekłada się bezpośrednio na koszt. Pierwszy schemat (po lewej) pokazuje klasyczną aplikację systemu multimodalnego pracującego na sygnale mieszanym; drugi schemat (po prawej) z kolei ma zmniejszoną liczbę elementów, poprzez uwspólnienie części toru dla obu sygnałów. Wspólny jest wzmcniacz i przetwornik analogowo-cyfrowy.
Tory sygnałowe obu sensorów mogą wprowadzać pewne komponenty z poza pasma. Te niepożądane sugnały sinusiodialne mogą pochodzić z wielu źródeł - z samego przetwornika, generujące je pod wpływem interferencji elektromagnetycznych lub też z samego toru przetwarzania (na przykład pod wpływem przesłuchu z innego kanału urządenia lub innych urządzeń w systemie. Z uwagi na uwspólnioną część toru sygnałowego, pokazaną na drugim schemacie, filtry cyfrowe mogą nie być tak efektywne w eliminacji niepożądanych sygnałów bądź sygnałów znajdujących się poza pasmem układu. Poniżej analizujemy ten problem. Na potrzeby takiej analizy dokonajmy pewnych założeń, takich samych dla obu układów:
* Częstotliwość próbkowania wynosi 10 kHz
* Pasmo wzmacniacza, które satysfakcjonuje kryterium Nyquista: 5 kHz
* Pasmo sygnału które nas interesuje/częstotliwość graniczna filtra cyfrowego wynosi 2,5 kHz
* W torze pierwszego układu znajduje się element generujący sygnał sinusoidalny o częstotliwości 3 kHz - sygnał niepożądany.
W układzie na pierwszym rysunku niepożądana składowa 3 kHz jest skutecznie tłumiona przez filtr cyfrowy znajdujący się za przetwornikiem analogowo-cyfrowym. Wynika to faktu iż składowa ta nie jest aliasowana przez zasadnicze pasmo układu. Oznacza to że sinusoida o częstotliwości 3 kHz w tym przypadku pokaże się także przy częstotliwości 3 kHz w sygnale w domenie cyfrowej.
Jednakże jeśli teraz wykorzystamy ten sam wzmacniacz o pasmie 5 kHz w układzie pokazanym na drugim rysunku sygnały pochodzące z sensorów są próbkowane naprzemiennie, w związku z tym filtr cyfrowy będzie nieefektywny w tłumieniu niepożądanej składowej 3 kHz. Wynika to z faktu że efektywna częstotliwość próbkowania sygnału wynosi zaledwie 5 kHz, nawet mimo tego że częstotliwość próbkowania przetwornika ADC wynosi 10 kHz. Przez to sygnał 3 kHz zostanie zaliasowany, tak że sygnał 3 kHz będzie się wydawał znajdować się w pasmie sygnału, które w tym przypadku, zgodnie z kryterium Nyquista, wynosi 2,5 kHz. Spowoduje to że filtr cyfrowy stanie się bezużyteczny w tłumieniu składowej 3 kHz, gdyż w domenie cyfrowej uwidoczni się ona jako składowa o częstotliwości poniżej 2,5 kHz. Warto w tym momencie zauważyć iż w celu przeciwdziałania takiej sytuacji wzmacniacz wejściowy powinien charakteryzować się pasmem - zgodnie z wspomnianym kryterium Nyquista - 2,5 kHz. W takim przypadku, gdy wzmacniacz wejściowy filtruje sygnały na 2,5 kHz filtr cyfrowy o pasmie 2,5 kHz, znajdujący się za przetwornikiem ADC jest zbędny, gdyż filtracja na 2,5 kHz wykonana przez wzmacniacz wejściowy jest wystarczająca do usunięcia niepożądanej składowej z sygnału.
Źródła:
http://www.ti.com/lit/an/slyt530/slyt530.pdf
W niektórych aplikacjach istotną kwestią jest koszt urządzenia, w związku z czym pożądane jest zmniejszenie ilości elementów znajdujących się w torze sygnałowym. Poniżej pokazano dwa schematy blokowe - z większą (po lewej) i mniejszą (po prawej) - liczbą elementów, co przekłada się bezpośrednio na koszt. Pierwszy schemat (po lewej) pokazuje klasyczną aplikację systemu multimodalnego pracującego na sygnale mieszanym; drugi schemat (po prawej) z kolei ma zmniejszoną liczbę elementów, poprzez uwspólnienie części toru dla obu sygnałów. Wspólny jest wzmcniacz i przetwornik analogowo-cyfrowy.
Tory sygnałowe obu sensorów mogą wprowadzać pewne komponenty z poza pasma. Te niepożądane sugnały sinusiodialne mogą pochodzić z wielu źródeł - z samego przetwornika, generujące je pod wpływem interferencji elektromagnetycznych lub też z samego toru przetwarzania (na przykład pod wpływem przesłuchu z innego kanału urządenia lub innych urządzeń w systemie. Z uwagi na uwspólnioną część toru sygnałowego, pokazaną na drugim schemacie, filtry cyfrowe mogą nie być tak efektywne w eliminacji niepożądanych sygnałów bądź sygnałów znajdujących się poza pasmem układu. Poniżej analizujemy ten problem. Na potrzeby takiej analizy dokonajmy pewnych założeń, takich samych dla obu układów:
* Częstotliwość próbkowania wynosi 10 kHz
* Pasmo wzmacniacza, które satysfakcjonuje kryterium Nyquista: 5 kHz
* Pasmo sygnału które nas interesuje/częstotliwość graniczna filtra cyfrowego wynosi 2,5 kHz
* W torze pierwszego układu znajduje się element generujący sygnał sinusoidalny o częstotliwości 3 kHz - sygnał niepożądany.
W układzie na pierwszym rysunku niepożądana składowa 3 kHz jest skutecznie tłumiona przez filtr cyfrowy znajdujący się za przetwornikiem analogowo-cyfrowym. Wynika to faktu iż składowa ta nie jest aliasowana przez zasadnicze pasmo układu. Oznacza to że sinusoida o częstotliwości 3 kHz w tym przypadku pokaże się także przy częstotliwości 3 kHz w sygnale w domenie cyfrowej.
Jednakże jeśli teraz wykorzystamy ten sam wzmacniacz o pasmie 5 kHz w układzie pokazanym na drugim rysunku sygnały pochodzące z sensorów są próbkowane naprzemiennie, w związku z tym filtr cyfrowy będzie nieefektywny w tłumieniu niepożądanej składowej 3 kHz. Wynika to z faktu że efektywna częstotliwość próbkowania sygnału wynosi zaledwie 5 kHz, nawet mimo tego że częstotliwość próbkowania przetwornika ADC wynosi 10 kHz. Przez to sygnał 3 kHz zostanie zaliasowany, tak że sygnał 3 kHz będzie się wydawał znajdować się w pasmie sygnału, które w tym przypadku, zgodnie z kryterium Nyquista, wynosi 2,5 kHz. Spowoduje to że filtr cyfrowy stanie się bezużyteczny w tłumieniu składowej 3 kHz, gdyż w domenie cyfrowej uwidoczni się ona jako składowa o częstotliwości poniżej 2,5 kHz. Warto w tym momencie zauważyć iż w celu przeciwdziałania takiej sytuacji wzmacniacz wejściowy powinien charakteryzować się pasmem - zgodnie z wspomnianym kryterium Nyquista - 2,5 kHz. W takim przypadku, gdy wzmacniacz wejściowy filtruje sygnały na 2,5 kHz filtr cyfrowy o pasmie 2,5 kHz, znajdujący się za przetwornikiem ADC jest zbędny, gdyż filtracja na 2,5 kHz wykonana przez wzmacniacz wejściowy jest wystarczająca do usunięcia niepożądanej składowej z sygnału.
Źródła:
http://www.ti.com/lit/an/slyt530/slyt530.pdf
Fajne? Ranking DIY