ADC से पहले op-amp के लिए एक एंटी-अलियासिंग फिल्टर जोड़ना


9

मैं एक सर्किट डिजाइन कर रहा हूं, जिसका उद्देश्य ध्वनि स्रोत स्थानीयकरण के लिए कई चैनलों से ऑडियो नमूनों को कैप्चर करना है।

प्रत्येक चैनल में 13bit ADC में जाने से पहले निम्नलिखित 2 स्टेज ऑप-एम्प सर्किट होता है:

यहां छवि विवरण दर्ज करें

मैं लगभग 10KHz तक ध्वनि स्रोतों को स्थानीय करने में सक्षम होना चाहूंगा, लेकिन बैंडविड्थ जितना बड़ा होगा उतना बेहतर होगा (मुझे लगता है कि कंडेनसर मिक्स लगभग 16KHz तक संभाल सकता है, 100% निश्चित नहीं)

तेजी से मैं बेहतर स्थानिक संकल्प का नमूना ले सकता हूं जो मुझे मिल सकता है। मैं लगभग 75KHz की एक नमूना दर को निचोड़ने में सक्षम हूं।

प्रश्न क्या मुझे ADC से पहले एंटी-अलियासिंग फिल्टर के बारे में चिंता करने की आवश्यकता है? जैसा कि मैं समझता हूं कि यह केवल तब होता है जब आप Nyquist सीमा के नीचे काम करते हैं, इसलिए 75KHz / 2 का एक सैद्धांतिक अधिकतम आवृत्ति घटक मेरी सीमा होगी, जो कि मेरी आवश्यकता से बहुत अधिक है।

अगर मुझे किसी एंटी-अलियासिंग फिल्टर की आवश्यकता नहीं है, तो आउटपुट पर अवांछित शोर को हटाने के लिए मुझे कुछ और करना चाहिए? जब मैं एक दायरे को देखता हूं तो यह ठीक लगता है लेकिन यह केवल 1 चैनल के साथ बनाया गया है, मैं चिंतित हूं जब मैं एक ही बोर्ड पर सभी पांच चैनलों को जोड़ता हूं कि वे एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करने जा रहे हैं।


1
आप अपने योजनाबद्ध में कुछ बिंदुओं को याद कर रहे हैं। एक विशेष मामला बनाता है कि यह केवल R2 / R4 जोड़ी के लिए एकमात्र उद्देश्य की तरह दिखता है + 5 वी आपूर्ति पर 25 यूए लोड जोड़ना है।
माइकल करस

1
चैनलों के बीच क्रॉसस्टॉक "शोर" नहीं है। छानने से इससे छुटकारा नहीं मिलेगा।
स्कॉट सीडमैन

1
मैंने योजनाबद्ध अद्यतन किया है। @ScottSeidman वहाँ कुछ भी है जो मैं क्रॉस्टल को रोकने / समाप्त करने के लिए कर सकता हूं?
दाविद बेर्लिनर

1
जैसा कि खींचा गया है, R3 और R5 व्यर्थ हैं। आप IC1A के आउटपुट और R5 और R3 के बीच के नोड के बीच होने वाली एक टोपी को याद कर रहे हैं।
ओलिन लेथ्रोप

1
@OlinLathrop को अच्छी तरह से खोलते हुए, मैंने अब इसमें जोड़ा है।
दाविद बेर्लिनर

जवाबों:


13

सिग्नल को डिजिटाइज़ करने से पहले एंटी-अलियासिंग फिल्टर का उपयोग करना हमेशा अच्छा होता है। यद्यपि आपके लक्ष्य संकेत में Nyquist दर से ऊपर आवृत्ति घटक नहीं होते हैं, लेकिन शोर के अन्य स्रोत हो सकते हैं जो करते हैं।

सबसे पहले आपको यह तय करने की आवश्यकता है कि आप किस बैंडविड्थ को कवर करना चाहते हैं। यदि आपका ADC 75kHz पर नमूने लेता है, तो 37.5kHz से ऊपर कोई आवृत्तियाँ नहीं होनी चाहिए। अगला, हम आपके एंटी-एलियासिंग फिल्टर के आवश्यक क्षीणन और क्रम की गणना करते हैं। इसके लिए निम्नलिखित आंकड़े पर विचार करें:

एंटी-अलियासिंग फिल्टर और ओवरसम्पलिंग के बीच संबंध

यह आंकड़ा एक नमूना दर एफएस के साथ और के * एफएस के साथ दो मामलों को प्रस्तुत करता है । इनपुट सिग्नल (डिजिटल मिक्सिंग) के नमूने के कारण, fs / 2 की तुलना में अधिक आवृत्ति वाले सभी घटकों को "फोल्ड" किया जाएगा। एफएस-एफए से अधिक आवृत्ति वाले घटकों को तब ब्याज (लाल) के संकेत में बदल दिया जाएगा।
आकृति (ए) में, हम मानते हैं कि आप एक संकेतक ( एफए ) के साथ एक संकेत को Nyquist दर ( एफएस / 2 ) के करीब नमूना करना चाहते हैं । एक निश्चित डायनेमिक रेंज (DR) की गारंटी के लिए हमें एक उच्च रोल ओडर की आवश्यकता होती है, जो fs-fa से अधिक आवृत्तियों के साथ किसी भी शोर को दर्शाता है । आकृति (B) में हम उच्च नमूना दर ( K * fs ) का उपयोग करते हैं) जो फिल्टर के आवश्यक क्रम को आराम देता है और सर्किट डिजाइन को सरल करता है।

जैसा कि आपने उल्लेख किया है, आपके एडीसी का रिज़ॉल्यूशन 13dB है। आपका आदर्श SNR (सिग्नल टू शोर अनुपात) या इस मामले में आपका DR तब है:

SNR=N6.02+1.76[dB]=80dB

इसलिए, आदर्श मामले में, आप एफएस-एफए में कम से कम 80dB का एक क्षीणन चाहते हैं । बेसिक फर्स्ट ऑर्डर कम-पास फिल्टर में 20dB / dec का क्षीणन होता है। यदि आप अपने सिग्नल बैंडविड्थ को 20kHz कहने के लिए प्रतिबंधित करते हैं, तो आपका आदर्श नमूनाकरण आवृत्ति 200MHz पर है।

f80dB=fa1080dB20dB=200MHz

75kHz की अपनी नमूना दर के साथ इस प्रतिबंध को संतुष्ट करने के लिए आपको कम-पास फिल्टर 8 वें क्रम की आवश्यकता होगी। यह निश्चित रूप से बहुत कुछ है लेकिन यह सभी गणनाएं आपकी रुचि के संकेत के रूप में आयाम के बराबर शोर मानती हैं। व्यवहार में एक दूसरे या तीसरे क्रम का फ़िल्टर सबसे अधिक संभावना है।

अतिरिक्त जानकारी के लिए देखें: डब्ल्यू केस्टर, डेटा रूपांतरण हैंडबुक: एनालॉग डिवाइस। एम्स्टर्डम ua: एल्सेवियर न्यूनेस, 2005।


1
धन्यवाद मार्टिन। क्या आपके पास शायद कोई लिंक है जहां से ये समीकरण आते हैं ताकि मैं थोड़ा और पढ़ सकूं और उन्हें समझ सकूं?
दाविद बेर्लिनर

1
@david डब्ल्यू। केस्टर, एनालॉग उपकरणों से डेटा रूपांतरण पुस्तिका सामान्य रूप से एडीसी के बारे में एक महान पुस्तक है। आंकड़ा अध्याय 2 पृष्ठ 2.29 से है। मैंने ऊपर अपनी पोस्ट में एक लिंक जोड़ा।
मार्टिन

केवल स्पष्ट करने के लिए। एक एंटी एलियासिंग फिल्टर अनिवार्य रूप से सिर्फ एक लो पास फिल्टर है, हां?
ल्यूक

1
@ ल्यूक सही। Fs / 2 के नीचे की फ्रीक्वेंसीज पास हो सकती हैं, जबकि जितना संभव हो उतना कुछ और बोया जाए। एक अपवाद है। यदि आपके इंटरस्ट के सिग्नल में शून्य (जैसे बैंडपास सिग्नल) के ऊपर सभी आवृत्तियों के साथ एक सीमित बैंडविथ है, तो आप अंडरस्मीपलिंग का उपयोग करते हैं और इसलिए एक बैंडपास-एंटी-अलियासिंग-फिल्टर की आवश्यकता होती है। अंडरसैंपलिंग
मार्टिन

10

क्या मुझे ADC से पहले एंटी-अलियासिंग फिल्टर के बारे में चिंता करने की आवश्यकता है

जब तक आपके एडीसी में एक अंतर्निहित एंटी-अलियासिंग फ़िल्टर होता है, तब तक हाँ, आपको इसके बारे में ध्यान रखना चाहिए, भले ही आप केवल निक्किस्ट सीमा से नीचे आवृत्तियों में रुचि रखते हों।

इसका कारण यह है, कि आपके फ्रीक्वेंसी रेंज में nyquist लिमिट फोल्ड (मिरर) से अधिक फ्रिक्वेंसी वापस आती है। उदाहरण के लिए यदि आप 20khz पर नमूना ले रहे हैं और आपका संघनित्र माइक 15khz पर ऑडियो उठाता है, तो आपको अपने नमूने के डेटा में एक मजबूत 5khz संकेत मिलेगा।

चूँकि आप पहले से ही ओप्स का उपयोग कर रहे हैं, आप आसानी से मौजूदा सर्किट में कुछ सस्ते कम पास फ़िल्टर जोड़ सकते हैं। ऐसा करने के लिए R6 और R7 के समानांतर एक संधारित्र लगाएं। वे उच्च आवृत्तियों के लिए एक कम प्रतिरोध के रूप में कार्य करेंगे और कम आवृत्तियों को अप्रभावित छोड़ते हुए समग्र लाभ को कम करेंगे। यह पहले से ही उच्च आवृत्ति घटकों को कम करने और अलियासिंग को कम करने में थोड़ी मदद करेगा।

यदि आप बेहतर प्रदर्शन चाहते हैं, तो सलेन-की-लो-पास फ़िल्टर की जाँच करें। एक सिंगल ओम्पैम्प के आसपास तीसरा ऑर्डर फिल्टर बनाया जा सकता है।

अपने सर्किट के बारे में सामान्य तौर पर: यदि आप केवल अपनी एकल आपूर्ति 5 वी से टीएल 64 ऑप्‍प को बिजली दे रहे हैं जो काम नहीं करेगा। आप डेटा-शीट से कई मापदंडों को पार करते हैं। सबसे उल्लेखनीय यह है कि आपके पास केवल आधा न्यूनतम आपूर्ति वोल्टेज है। इसके अलावा TL64 ऑप्‍पम्‍स में न्‍यूनतम गारंटीड आउटपुट वोल्टेज रेंज होती है जो रेल से 4V दूर होती है, इसलिए 10V के साथ भी आपका सिग्नल छोटे 2V बैंड तक सीमित रहेगा।

मेरा सुझाव है कि आप LM358 (TSH80 / TSH84 एक आधुनिक उन्नयन है) या रेल-टू-रेल opamp का उपयोग करते हुए एकल आपूर्ति संचालन के लिए एक opamp चुनें।


2
बहुमूल्य प्रतिक्रिया के लिए धन्यवाद। मैंने जाकर इस opamp के लिए डेटाशीट की जाँच की और आप सही हैं, हालाँकि मेरा सर्किट काम करता है! " मैं केवल इसे दे रहा हूं + 5V और 0V और फिर भी मेरी लहर लगभग 3.5V चोटी-टू-चोटी पर क्लिप करना शुरू कर देती है। सबसे विचित्र। मुझे यकीन नहीं है कि मुझे इसे सिद्धांत पर बदलना चाहिए या इसे छोड़ देना चाहिए क्योंकि यह काम कर रहा है ...
डेविड बैलर

3
डेटा-शीट में पैरामीटर सबसे खराब स्थिति हैं। विशिष्ट opamp में बेहतर विशेषताएं हो सकती हैं। अगर यह एक व्यक्तिगत परियोजना या एक प्रोटोटाइप के लिए है, तो आउट ऑफ स्पेक का उपयोग करके इम्हो ठीक है।
निल्स पिपेनब्रिनक
हमारी साइट का प्रयोग करके, आप स्वीकार करते हैं कि आपने हमारी Cookie Policy और निजता नीति को पढ़ और समझा लिया है।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.