Wo kann man Tiefpassfilter auf den analogen Signalpfad setzen?

Ich möchte meine grundlegende pH-Sensorschaltung testen, um festzustellen, ob ein Tiefpassfilter erforderlich ist. Wie kann ich es testen?

Der Signalweg ist:

Sensorsonde ---> Puffer-Operationsverstärkerschaltung ---> ADC ---> MCU

So ist dies der richtige Weg: Sensorsonde ---> LP-Filter ---> Puffer-Operationsverstärkerschaltung ---> ADC ---> MCU

oder:

Sensorsonde ---> Puffer-Operationsverstärkerschaltung ---> LP-Filter ---> ADC ---> MCU

Und ein Hinweis, den ich zum aktiven Filtern gemäß meiner alten Frage verwenden sollte . Also werde ich einen aktiven LP-Filter verwenden.

Fragen Sie, wo Sie es ablegen oder wie Sie testen können, ob es benötigt wird? Die Antwort auf die zweite Frage lautet definitiv Ja, ohne jegliches Testen, nach dem Nyquist-Theorem: Sie müssen die Bandbreite mit einem Filter höherer Ordnung auf weniger als die Hälfte der Abtastrate des ADC begrenzen.

Antworten (3)

Möglicherweise müssen Sie einen vor den Operationsverstärker und einen vor den ADC stellen. Der vor dem ADC bereinigt Leitungsrauschen sowie Operationsverstärkerrauschen und führt eine gewisse Alias-Reduktion durch.

Der vor dem Operationsverstärker verhindert, dass EMI eindringt und den Operationsverstärker dazu bringt, falsche DC-Offsets zu erzeugen (dies wird als Eingangs-RFI-Gleichrichtung bezeichnet) - siehe dies .

Möglicherweise müssen Sie auch in der MCU etwas filtern, aber ein bisschen Rauschen kann eine gute Sache sein - siehe Dithering

Möglicherweise benötigen Sie auch einen Tiefpassfilter am Tastkopf, und dies hängt davon ab, wie gut der Tastkopf mit Rauschen an seinen Stromanschlüssen fertig wird (falls vorhanden).

Wenn die Sonde eine Erdverbindung hat, müssen Sie möglicherweise auch Isolationsmethoden in Betracht ziehen, um Erdschleifen zu vermeiden. Es gibt viele Dinge, die relevant sein können.

Beide LPFs sind aktive Filter hier drin?
Sie müssen nicht sein. Es hängt vom Rauschen, den Interferenzen und Ihrer Abtastrate ab. Höchstwahrscheinlich ist der vor dem Operationsverstärker passiv und kann wiederum je nach Umgebungspegel der RFI Induktivitäten sowie R und C enthalten
Tatsächlich ist der Filter vor dem Operationsverstärker höchstwahrscheinlich passiv, und normalerweise ist der Filter vor dem ADC ein aktiver Filter zweiter oder dritter Ordnung, aber dies kann möglicherweise mit dem zuvor erwähnten Operationsverstärker implementiert werden.
Und warum müssen andere LPF in 2. oder 3. Ordnung sein?
"Normalerweise ist der Filter vor dem ADC ein Filter 2. oder 3. Ordnung". Normalerweise ist das Schlüsselwort und es ist in den meisten Anwendungen üblich, dass der Anti-Alias-Filter 2 oder 3 Ordnungen benötigt. Es ist eine Faustregel, aber ich habe Systeme mit nur einem passiven Filter erster Ordnung gesehen.

"Wie kann ich es testen?" vielleicht brauchst du gar keinen? Bauen Sie eine Prototypschaltung und testen Sie die aktuelle Anordnung und sehen Sie, wie das Rauschen ist. Sehen Sie sich für eine angeblich nicht bewegliche Referenz an, wie der ADC liest. Wenn es stabil bleibt und das Rauschen weniger als 1 LSB beträgt, dann tun Sie nichts.

Wenn das Rauschen immer noch gering ist, aber Sie sehen, dass es um einen bestimmten Wert oszilliert, versuchen Sie es mit der Software-Mittelwertbildung (nehmen Sie 10 Proben, dividieren Sie durch 10, verwenden Sie das Ergebnis als „Messwert“).

Wenn das Rauschen ziemlich stark ist und Mittelung nicht wirklich hilft, können Sie es mit dem LPF versuchen.

Der LPF wäre am besten direkt vor dem ADC, damit er alle Fremdheiten herausfiltern kann, die vom Puffer-Operationsverstärker sowie dem Originalsignal selbst ausgehen.

Überprüfen Sie jedoch unbedingt die erwartete Eingangsimpedanz des ADC und stellen Sie sicher, dass der Ausgang des LPF immer noch für diesen Bereich geeignet ist, da der ADC sonst möglicherweise falsche Werte liefert (möglicherweise außerhalb der Skala oder langsamer als das Eingangssignal mehr als nötig). weil die Abtastkondensatoren nicht schnell genug oder zu schnell aufgeladen werden)

Wie passt man die Eingangsimpedanz des ADC und den Ausgang des LPF an?
@ user30878 Lesen Sie einfach das Datenblatt Ihrer MCU im Abschnitt ADC-Peripherie und überprüfen Sie den Impedanzbereich, mit dem das Gerät arbeitet. Beispielsweise könnte es so ausgelegt sein, dass es am besten mit einer Quellenimpedanz von 10 k arbeitet. Ihr aktiver Tiefpassfilter sollte eine Ausgangsimpedanz von 10 kOhm haben und einen Vorwiderstand verwenden, der in den ADC geht.
Es kommt nur darauf an, wie viel Strom in Ihre ADC-Abtastkondensatoren gelangt. Normalerweise gibt es kein Problem mit einer zu niedrigen Impedanz (glaube ich ...), aber es gibt Probleme mit einer zu hohen Impedanz. Wählen Sie etwas Vernünftiges unter den Anforderungen Ihres ADC aus. Lesen Sie auch mehr zu diesem Thema von Texas Instruments hier: ti.com/lit/an/spna061/spna061.pdf
Das Signal wird bereits zum zweiten Mal vom Operationsverstärker des aktiven Filters gepuffert, bevor es zum ADC-Eingang geht. Also brauche ich hier nicht mehr Impedanzanpassung, denke ich.
@ user30878 noch einmal, überprüfen Sie einfach die ADC-Spezifikationen für Ihren Chip, und Sie sollten gut sein
Ich habe es überprüft, es sind 6 mOhm
@ user30878 das ergibt für mich keinen Sinn. Bitte lesen Sie die Frage und Kommentare/Antworten (einer ist auch von mir!) hier: electronic.stackexchange.com/questions/107741/…

Alle netten vorherigen Antworten. Ich wollte nur hinzufügen, dass ich für mich über einen Filter nachdenke, wenn mir der Dynamikbereich ausgeht. (Signal + Rauschen treffen auf die PS-Schienen.) Setzen Sie den Filter vor die letzte analoge Verstärkungsstufe ... aber nur, wenn Sie ihn brauchen! Verschenken Sie keine Bandbreite, wenn Sie nicht müssen. (+1 ist überall.)