Фильтрация в многоканальной мультиплексной системе. Опции

[spooki]

Здравствуйте.

Постараюсь убрать лишнее и упростить вопрос.

Краткое описание задачи
Если многоканальная измерительная система параметрических датчиков с кол-вом каналов N=128.
Параметрические датчики представляют собой терморезисторы. Подключаемся к датчику пропускаем через него ток, измеряем напряжение.

Все каналы последовательно опрашиваются через один АЦП (мультиплексирование) по средствам ПЛИС.См. поясняющий рисунок. Частота работы АЦП 3-10 МГц(это не так важно).

Необходимо за 128 мс опрашивать все датчики и получать с них постоянную составляющую сигнала. Таким образом, максимальный период опроса всех датчиков Топр= 128 мс. При этом допустиму фильтровать сигнал больше чем 128мс (см. рисунок 2 фильтр) но в допустимых пределах(не 20 с).


Необходимо давить гармонические помехи всей полосе частот(есть таблица)! И импульсные помехи определенной длительности (до 10 мкс).

Описание проблемы:
Грубо разобьем фильтрацию на 2 каскада.
Возьмем время опроса одного датчика tопр=128мс/128 датчиков = 1 мс.
1-ый НЧ фильтр вполне нормально давит помехи в своем окне т.е. от 1/1мс=1000 Гц.
2-ой НЧ фильтр частично помогает первому и хорошо давит помехи до 1/128 мс=7.8 Гц

Соответственно помехи от 7.8 до 1000 Гц находятся за пределами работы и 1-го и 2-го фильтра.

Как то попытаться их задавить может только 2-й фильтр. Таким образом фильтр с fd=7.8 Гц должен давить помехи до 1кГц(бред но поехали дальше).
Сделали превдорандомный опрос каналов (см. рисунок) чтобы частично подавить зеркальные частоты для 2-го фильтра - сильно помоглло но не достаточно.
Чтобы подавить переодическую помеху 250Гц(например) до допустимого уровня приходится фильтровать 4 с и то раз на раз по понятным причинам ибо аналитическому расчету подавление помех за рамками fд да еще и с рандомным опросом каналов не поддается - проверяю в маткаде пропуская сигнал через фильтр.

Обычно в таких системах ставят отдельный аналоговый НЧ фильтр на каждый канал который давит помехи до частоты дискретизации 2-го фильтра, но тут это не прокатит:

1) Как описано выше опрос каналов ведется пропусканием тока через датчик при подключении к нему. Соответственно аналоговый фильтр не может иметь постоянную времени больше чем время опроса одного датчика т.е. больше 1 мс (на практике аналоговый фильтр имеет постоянную времени раз в 10 меньше).

2)По ТЗ время опроса датчика не должно превышать 2 мс(т.е. время измерения и пропускания тока через него). Опять упираемся в ограничение на постоянную времени аналогового фильтра.

3)Как описано выше необходимо давить импульсную помеху. Аналоговым фильтром она размажется на его постоянную времени. Амплитуда у нее может превышающую полезный сигнал в 10 раз! Ее не отфильтруешь ее надо вырезать(вырезаем медианным фильтром на рис он входит в окно 1-го фильтра).
Тут вообще ограничение на постоянную времени аналогового фильтра не больше 10-20 мкс!



Итак, м.б. я как ни старался все равно много написал. Я ни в коем случае на прошу за меня построить систему! Вопрос, как бы глупо он не звучал и не противоречил теории, собственно только один:

Есть способы подавления помех за пределами частоты дискретизации НЧ фильтра(любого) при невозможности их подавления до этого фильра???????

Сообщение отредактировал spooki - Apr 3 2012, 07:03

Эскизы прикрепленных изображений

 

[spooki]

1. Скажите, а какой спектр у измеряемой величины без помех? Как быстро меняется напряжение на этом терморезисторе если на него подать ток постоянно?

Система должна быть универсальна. Спектр полезного сигнала конкретного канала от 0 до 200Гц, скорость нарастания может быть любой. В зависимости от этого пользователь сам будет настраивать фильтры по каждому каналу.

Поэтому требования к системе очень широкие: фильтрация помех в диапазоне от 0.05 Гц - 70 МГц. Типо если им надо будет, наше система должна это уметь.

2. Как реализован аналоговый мультиплексор на 128 входов?

М.б. ответ туфтологический, но реализован с помощью 32 (канал + и -) 8-ми канальных аналоговых мультиплексоров.

3. Известно откуда помеха 10 кгц?

Нет. На самом деле 128 каналов это только 1 модуль. Всего в системе будет порядка 700 датчиков (аналоговые датчики с выходом- напряжение + параметрические) не считая цифровых. Все стоят в разных местах на разных узлах. Меряют освещенность, температуру, напряжение, ток и прочее прочее.
Короче система должна быть универсальна. Так что нет таких понятий что откуда берется.

[Pavel_SSS]

Система должна быть универсальна. Спектр полезного сигнала конкретного канала от 0 до 200Гц, скорость нарастания может быть любой. В зависимости от этого пользователь сам будет настраивать фильтры по каждому каналу.

Поэтому требования к системе очень широкие: фильтрация помех в диапазоне от 0.05 Гц - 70 МГц. Типо если им надо будет, наше система должна это уметь.



М.б. ответ туфтологический, но реализован с помощью 32 (канал + и -) 8-ми канальных аналоговых мультиплексоров.



Нет. На самом деле 128 каналов это только 1 модуль. Всего в системе будет порядка 700 датчиков (аналоговые датчики с выходом- напряжение + параметрические) не считая цифровых. Все стоят в разных местах на разных узлах. Меряют освещенность, температуру, напряжение, ток и прочее прочее.
Короче система должна быть универсальна. Так что нет таких понятий что откуда берется.

Если я правильно понял, то полоса сигнала от датчика - 200 герц, тогда Вам надо удвоить количество аналоговых ключей, включить 2 ключа последовательно, а в точке их соединения конденсатор на землю. И так для каждого канала. Соответственно, постоянная времени системы сопротивление ключа - выходное сопротивление датчика - конденсатор должна быть 5 миллисекунд.

..................................SW1......................... SW2
In o________________/ _________________/ __________________o ADC
...................................................|
...................................................|
...................................................|
.................................................___
.................................................___ C
...................................................|
...................................................|
...................................................|
.................................................___
...................................................-
.................................................GND

Соответственно, получите антиалиасинговый фильтр, который "помнит" состояние канала в промежутках между измерениями. Идею можно совершенствовать, например, добавить цепь компенсации тока утечки, или увеличивать порядок фильтра - вместо одного конденсатора поставить 2 с резистором...

Сообщение отредактировал Pavel_SSS - Apr 8 2012, 16:16