DC-Offset-Entfernung

Ich möchte den DC-Offset eines Signals manipulieren. Durch die Verwendung eines RC-Filters kann ich den DC-Offset löschen, wenn die Kappe aufgeladen ist, aber es gibt ein Problem wie ein Frequenzproblem und eine lange Zeitkonstante. Jeder Schaltungsvorschlag wäre willkommen. Vielen Dank im Voraus.

Das englische Wort manipulieren bedeutet nur verändern . Es hat nichts anderes zu bedeuten. Keiner von uns kann also eine Ahnung haben, was Sie mit dem DC-Offset machen wollen. Nur, dass Sie beabsichtigen, etwas zu tun . Und ja, Ohm mal Kapazität ergibt Zeit und ein RC impliziert eine Zeitkonstante basierend auf ihren Werten. Wie können wir etwas vorschlagen, wenn wir nicht wissen, was Sie tun möchten?
Es wäre schön, wenn Sie einen Schaltplan der Schaltung, mit der Sie Probleme haben, sowie eine Darstellung des Signals, mit dem Sie beginnen, und der Ausgabe, die Sie daraus ableiten möchten, beifügen würden.
Ein Kondensator entfernt DC-Offsets, ein Hochpassfilter gibt eine „neue“ DC-Referenz
@VoltageSpike Nun, wie streng sprechen wir? Denn ehrlich gesagt, aus Sicht der Signalverarbeitung, nein, ein linearer HPF muss Ihnen keine neue DC-Referenz geben. (und bei einer Quellenimpedanz ungleich Null und bei jeder endlichen Senkenimpedanz bildet ein Kondensator + eine Last ebenfalls einen HPF)
@MarcusMüller Sie könnten den Widerstand an 2,5 V anstelle von 0 V anschließen und dem Signal eine 2,5-V-Verschiebung geben (wobei nur der Wechselstrominhalt durchkommt)
Dann ist es kein linearer Filter mehr! Sie fügen eine neue Frequenzkomponente hinzu. Lineare Systeme können das nicht.
Was ist das Signal und warum möchten Sie seinen „DC-Offset“ ändern? Wenn Sie einen Stromkreis haben, auf den dies angewendet wird, zeigen Sie ihn uns bitte.
Sie können dies mit einem Operationsverstärker tun und die Bandbreite von DC bis VHF oder vielleicht sogar UHF (je nach Operationsverstärker) erhalten.
Das Hinzufügen oder Entfernen von DC-Offsets bei gleichzeitiger Beibehaltung des Frequenzgangs auf DC ist eine ziemlich übliche Sache. Bitte seien Sie dabei nicht zu pedantisch. Dies ist ein allgemeiner Kommentar für alle.

Antworten (3)

Wenn Ihr eingehendes Signal einen bekannten, konstanten DC-Offset hat, kann es entfernt oder gesteuert werden, indem Sie einen Differenzverstärker verwenden und den (-) Eingang mit einer zusätzlichen Spannung ändern ( hier simulieren ):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie könnten das Signal auch AC-koppeln. Wie Sie angemerkt haben, besteht das Problem bei der AC-Kopplung darin, dass das AC-gekoppelte Signal eine sehr lange Zeitkonstante haben kann. Es gibt noch ein weiteres Problem: Ein laufendes DC-Ungleichgewicht in Ihrem Signal fügt dem resultierenden Ausgang einen Offset hinzu.

Um beide Probleme zu lösen, können Sie die positiven und negativen Spitzen des Signals erkennen und daraus den Mittelpunkt berechnen und dann zurückkoppeln, um den Offset aufzuheben.

Hier ist ein Beispiel für einen analogen Ansatz mit Spitzendetektoren ( hier simulieren )

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn Ihr System letztendlich den Eingang digitalisiert, können Sie diesen Pfad verwenden, um den Mittelpunkt (Ihre Batterie-DC-Spannung) zu berechnen und diesen dann mit einem DAC an das Front-End zurückzugeben, um den Offset aufzuheben und Ihnen zu ermöglichen, das AC-Signal herauszuziehen.

Durch die Verwendung eines RC-Filters kann ich den DC-Offset löschen, wenn die Kappe aufgeladen ist, aber es gibt ein Problem wie ein Frequenzproblem und eine lange Zeitkonstante.

Nun, Sie möchten einen Hochpassfilter: Sie möchten genau eine Frequenz in Ihrem Signal löschen, 0 Hz.

Nun, in Wirklichkeit kann kein reales System, das keine unendliche Verzögerung hat, jemals eine einzelne Frequenz löschen, daher führt kein Weg an der Frage der „Zeitkonstante“ vorbei: Je „schärfer“ die Filterung, desto länger die Zeitkonstante; das ist Mathematik (es ist die gleiche Mathematik, die Heisenbergs Unschärferelation zugrunde liegt: Die Fourier-Transformation erlaubt es Ihnen einfach nicht, etwas zu haben, das sowohl eine sehr scharfe Frequenz als auch eine sehr kurze Zeit hat; es ist mathematisch unmöglich).

Dein Problem lässt sich also nicht wirklich vollständig lösen. Natürlich gibt es immer schlechtere Lösungen und wir wissen nicht, ob Sie Ihren RC nach Ihren Wünschen ausgewählt haben oder ob der Frequenzgang eines RC-Filters gut genug für Ihr Signal ist – das wissen wir nicht Signal!

Sie müssen sich also tatsächlich hinsetzen und eine Signalspezifikation für sich selbst schreiben. Was ist die niedrigste Frequenz, die Sie noch brauchen? Es nützt nichts, einen Filter zu verwenden, der darunter abschneidet, diese Frequenz ist gut genug. Welche Verstärkungswelligkeit Ihres Signals können Sie für das Signal in Ihrem Durchlassbereich akzeptieren? Was ist die Unterdrückung, die Sie für Ihre DC-Komponente benötigen? Reicht ein Faktor 100? 1000? 100 000? 10 000 000?

Nachdem Sie das haben (und nicht vorher), setzen Sie sich hin und wählen ein Filterdesign aus (zB RC, Sallen-Key, einige fortgeschrittenere Sachen). Oft werden Sie feststellen, dass Sie eine erste Stufe der Pufferung benötigen. Oft reicht die "AC-Kopplung" eines Puffers mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz aus, um Ihr Problem zu lösen. Aber das hängt wirklich davon ab, was Ihr Signal ist (wie stark es angesteuert wird).

Zunächst möchte ich mich für Ihre ausführliche Antwort bedanken. Mein Signal ist eine Batteriespannung, die sowohl AC- als auch DC-Komponenten enthält. AC-Multisinus-20-mV-Signal (PP) von 0 bis 5 kHz mit einer DC-Amplitude von etwa 1 V. Das Problem ist, dass ich mit dem RC-Filter keine Daten unter 1 Hz sammeln kann. Der Kondensator führt eine frequenzabhängige Phasenverschiebung ein, die aufgrund des nichtlinearen Verhaltens eines praktischen Kondensators schwer zu kompensieren ist. Dieser Effekt kann durch Erhöhen der Größe des Kondensators verringert werden. Dies macht jedoch die Einschwingzeit des Messsystems sehr groß.
Nun, was ist die niedrigste Frequenz, die für Ihre Messung relevant ist? Es ist nicht 0 Hz, da dies den DC-Offset enthalten würde (den Sie ausdrücklich nicht möchten). Wie in meiner Antwort erklärt, ist dies das erste, was Sie tatsächlich beantworten müssen . Mit einer konkreten Zahl. Eine Unterdrückung bis zu 0 Hz ist physikalisch und mathematisch unmöglich, aber Sie können auf Kosten von Verzögerung und Aufwand nahe kommen. Aber wir wissen nicht, wie nah Sie kommen können, also können wir Ihnen nicht sagen, wie es geht.
Ja, natürlich. Ich bin froh, zum Beispiel 0,2 Hz zu haben.
Welches Filterdesign schlagen Sie dafür vor? Sogar Daten von 0,5 Hz reichen vollkommen aus.
das ist ein Faktor von 2,5, also liegen Welten zwischen diesen beiden Zahlen. Also nein, "wird gut" ist nicht das, wonach Sie suchen. Sie suchen nach einer definitiv niedrigsten Frequenz, die Sie mit einer Dämpfung von weniger als 0,5 benötigen; dann haben Sie die erste Spezifikation für Ihren Filter!

Ich bin ein wenig verwirrt von der Frage und

Ich möchte den DC-Offset eines Signals manipulieren.

was darauf hindeutet, dass Sie möglicherweise den DC-Pegel des Ausgangs ändern möchten.

Ich bin gerade nicht an meinem Schreibtisch, um eine vollständige Diskussion zu führen, aber hier ist etwas, das ich auf meinem Telefon erstellt habe und das für Sie funktionieren könnte:

DC-Pegelumsetzer

Verwenden Sie den Widerstand, den ich als Potentiometer (oder was auch immer) hervorgehoben habe, um den DC-Pegel zu optimieren. Passen Sie den AC-Kopplungskondensator am Eingang an Ihre Frequenz an. Und passen Sie die Verstärkung an, wie Sie es für richtig halten.

Es ist im Grunde ein Differenzverstärker mit dem DC-Offset als Bezugspunkt.

DC-Offset-Entfernung
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v