Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Szum z filtra aktywnego: niepożądana niespodzianka

ghost666 15 Kwi 2014 14:26 4686 0
  • W tym miesiącu przypadały urodziny autora artykułu i jak co roku przypominał on swoim znajomym, iż inżynierowie wszelkiej maści NIE ZNOSZĄ niespodzianek. Czy chodzi o niespodzianki w życiu prywatnym, czy niespodzianki związane z realizowanymi projektami, wszystko co niespodziewane, jest niemile widziane. Podczas projektowania układów analogowych bardzo niepożądaną niespodzianką, na którą można się natknąć jet szum w sygnale; szum pochodzący z układów filtrów aktywnych. Spodziewamy się, iż takie filtry będą przede wszystkim usuwały z sygnału szum, a nie wprowadzały dodatkowy!

    Wszystkie układy aktywne generują pewien pozom szumu i filtry aktywnie nie są w tej materii wyjątkiem. Oczywiście możliwym jest odkrycie źródła tego szumu w układzie analizując charakterystykę wzmocnienia szumu w układzie. Wzmocnienie szumu to wartość służąca do opisania wielkości wzmocnienia, którą układ przykłada do obecnych w układzie źródeł szumu. W typowym układzie wykorzystującym wzmacniacz operacyjny pomiar przeprowadza się względem wejścia nieodwracającego tego układu.

    Poniższy schemat pokazuje jakie układy wykorzystano do modelowania zachowania filtrów aktywnych w oprogramowaniu TINA-TI™, służącym do symulacji układów analogowych. Wyznaczono w ten sposób charakterystykę wzmocnienia szumu w układzie aktywnego filtra w topologii Butterwortha drugiego rzędu. Prezentowany poniżej filtr to filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości granicznej równej 1 kHz. Jeden z prezentowanych układów wykorzystuje topologię Sallen-Key z kolei drugi z nich topologię wielokrotnego sprzężeni zwrotnego. W celu pomiaru wzmocnienia szumu w danym układzie filtra aktywnego jego wejście łączy się z masą, a na nieodwracające wejście wzmacniacza operacyjnego podaje się źródło szumu, symulujące szumy obecne w układzie.

    Szum z filtra aktywnego: niepożądana niespodzianka


    Wyznaczanie zmiennoprądowej charakterystyki zaprezentowanych powyżej układów pozwala na wyznaczenie charakterystyki wzmocnienia szumu. Pokazana jest ona na poniższym obrazku.

    Szum z filtra aktywnego: niepożądana niespodzianka


    Jakkolwiek oba omawiane układu wykazują takie same charakterystyki filtrów (charakterystyka wzmocnienia/tłumienia sygnału, dobroć Q, częstotliwość graniczna) ich charakterystyka wzmocnienia szumu jest diametralnie różna. Warto zwrócić uwagę iż wzmocnienie szumu w filtrze opartym o wielokrotne sprzężenie zwrotne jest o 6 dB większe w zakresie przepuszczanych częstotliwości, ponieważ wzmacniacz operacyjny jest w konfiguracji odwracającej.





    Warto zwrócić także uwagę na fakt iż wzmocnienie szumu filtra wzrasta wraz z zbliżaniem się do częstotliwości granicznej. Amplituda tego "garbika" w charakterystyce wzmocnienia szumu jest proporcjonalna do dobroci filtra Q. W tym celu porównajmy ze sobą kilka filtrów typu Sallen-Key o tej samej częstotliwości granicznej i wzmocnieniu, ale różniących się wartością parametru Q.

    Szum z filtra aktywnego: niepożądana niespodzianka


    In wyższa wartość dobroci filtra Q tym wyższe będzie wzmocnienie szumu przy częstotliwości granicznej filtra, co oczywiście ma wpływ na całkowity szum liczony w pasmie do 10 kHz. Oprogramowani TINA-TI™ wykorzystane zostało do wyznaczenia wartości całkowitego szumu w tym pasmie. W poniższej tabeli zebrano wyniki tych symulacji.






    Charakterystyka filtraQ (dobroć)Całkowity szum w pasmie 10 kHz
    Bessela0,580709 nVrms
    Butterwortha0,707771 nVrms
    Czebyszewa0,957981 nVrms


    Inżynierowie często bardzo chętnie dobierają filtry o wysokiej wartości Q, z uwagi na fakt iż zapewniają one wysokie tłumienie poza transmitowanym pasmem, jednakże zapominają przy tym iż jednocześnie zwiększa to wartość szumu wprowadzanego do filtrowanego sygnału.

    Poniżej krótkie podsumowanie powyższego artykułu w postaci punktów, przypominających nam co istotne jest podczas projektowania filtrów aktywnych w aplikacjach takich jak na przykład aktywne, dwudrożne zestawy głośnikowe.

    * Wykorzystuj filtry w topologii Sallen-Key, wszędzie gdzie to możliwe.
    *Unikaj korzystania z filtrów o wysokiej dobroci Q, jeśli można uzyskać to samo filtrem o niskiej dobroci
    * Wykorzystuj możliwie niskie wartości rezystancji oporników, przy jednoczesnym
    1) używaniu kondensatorów wysokiej jakości (ceramiczne NP0 lub C0G lub też foliowe). Inne kondensatory wprowadzać może zniekształcenia.
    2) możliwie małym obciążeniu wyjścia wzmacniacza operacyjnego.

    Warto zwracać uwagę na impedancję źródła sygnału. Wzmacniacz operacyjny z wejściem opartym o tranzystor FET zapewni na pewno niższy poziom szumu przy dużych wartościach oporników w układzie.

    Należy umieszczać filtry górnozaporowe na końcu toru sygnałowego w celu tłumienia szumu pochodzącego z wcześniejszych stopni analogowych obecnych w torze. Pozwoli to na uniknięcie nieprzyjemnych niespodzianek w projektowanych przez nas układach.
    Źródła:
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisiondesignshu...rom-active-filters-an-unwelcome-surprise.aspx


    Fajne! Ranking DIY
  Szukaj w 5mln produktów