Фильтр между датчиком и 16-битным АЦП Опции

[Cossacs]

Всем привет,

Пишу здесь первый раз, прошу зараннее простить за ляпы. Есть датчик (гироскоп) ADXRS646, двумя выходами (температуры TEMP и угловой скорости RATEOUT) он подключается к 16-битному SAR АЦП AD7689B. АЦП именно этот, восьмиканальный, т.к. гироскопов будет три (шесть каналов данных), и под этот АЦП уже написана программа для дальнейшей обработки данных.

Требуется точность все 16 бит для одного из двух выходов с каждого гироскопа - угловой скорости RATEOUT, без шума в младших разрядах. Напряжение VREF/VIO +5В, частота фактического семплирования каждого канала 500Гц.

Как правильно выбрать или построить аналоговый антиалиасинг фильтр на входе АЦП с учетом достижения необходимой 16-битной точности?

Я понимаю, что в идеале нужно срезать все, что идет после 250Гц, но не совсем понял, как, например, отбирать активные фильтры по уровеню нелинейных искажений до частоты среза, и вообще как выбирать и что - активный, пасивный или составлять какой-либо другой фильтр?

Сообщение отредактировал Cossacs - Nov 3 2012, 03:02

[Ruslan1]

он подключается к 16-битному SAR АЦП AD7689B.
Требуется точность все 16 бит

Не получится. От 16-битного АЦП получить точность 16 бит удается крайне редко и нетривиально.
Внимательно прочитайте раздел документации "SPECIFICATIONS", в нем параметры, собранные под шапкой "ACCURACY". Если Вы действительно знаете, как свести все указанные там величины, действующие сообща и одновременно (включая температурные зависимости), к максимальной ошибке +/- 0.5 LSB - честь Вам и хвала.
Особенно интересно, как производить рассчеты для параметров, предельные значения которых не указаны (например, "Gain Error Temperature Drift" есть только типовой)

Если это принципиально (точность 16 бит, причем не статистически, а гарантированно)- то меняйте АЦП.
Лично я бы для такой задачи смотрел в сторону дельта-сигма 18 бит и более, с кучей параллельных каналов. Ну или если SAR то все равно с кучей АЦП в параллель, типа ADS1278

Ну и опять же, сенсор который гарантирует точность 16 бит- тут тоже может быть не все так гладко. Особенно если производитель приводит только типовые величины.

[Cossacs]

Если это принципиально (точность 16 бит, причем не статистически, а гарантированно)- то меняйте АЦП.

К сожалению, я пока не знаю, насколько принципиальна точность 16 бит - это покажут фактические тесты. Если от АЦП не получится 16 бит, то требуется получить хотя-бы что-то близкое к этому показателю.

Упрощенная схема всей цепочки сейчас выглядит так:

Ключевые условия задачи:
1) Выдавать на Cortex ARM M3 данные со всех каналов АЦП с частотой 500 Гц
2) напрямую Cortex невозможно подключить к АЦП, потому как у него нет времени конфигурировать SPI соединение, ждать результатов оцифровки и тп, поэтому используется буфер на базе Atmega 168.
3) АЦП, датчик, и буфер на Atmega168 уже выбраны - под них написан код, они подходят по гарабаритам, питанию и тп.

С одной стороны, если семплировать каждый канал с частотой больше, чем 500Гц, в Atmega168 прийдется реализовывать цифровой фильтр и пересчитывать на выходную частоту 500Гц для Cortex, т.е. Atmega168 возьмет еще на себя функции DSP, а не простого буфера, что я не планировал и не знаю пока, насколько это реализуемо по ресурсам.

С другой стороны, ставить частоту среза аналогового фильтра меньше чем 200, в самом крайнем случае 150 Гц уже критично для работы системы в целом.

Поэтому вопрос пока все тот же - как подобрать аналоговый фильтр? Я читал, что обычно строят каскад на операционниках и пассивных фильтрах, отталкиваясь от частоты среза, частоты семплирования, нелинейных искажений в области среза, точности АЦП, но к сожалению понимаю этот процесс пока примерно. Или как-то по другому? Как я понимаю, RC-цепочки тут не хватит.

[RabidRabbit]

С одной стороны, если семплировать каждый канал с частотой больше, чем 500Гц, в Atmega168 прийдется реализовывать цифровой фильтр и пересчитывать на выходную частоту 500Гц для Cortex, т.е. Atmega168 возьмет еще на себя функции DSP, а не простого буфера, что я не планировал и не знаю пока, насколько это реализуемо по ресурсам.

А почему нет? Воспользуйтесь оверсэмплингом (например х16), без всяких цифровых фильтров, что возможно приблизит Вас к требуемым 16 битам

[Alexashka]

А почему нет? Воспользуйтесь оверсэмплингом (например х16), без всяких цифровых фильтров, что возможно приблизит Вас к требуемым 16 битам

ТС указал же однозначно, что частота сэмплов на выходе с Атмеги =500Гц. Какой тогда смысл в оверсэмплинге, если после него придется делать децимацию?
2 ТС: для Вашего случая (малый разнос между Fcp и Fs) порядок фильтра будет очень большим. Почитайте про наложения спектров, посмотрите спектр реального сигнала -возможно действительно нет нужды так круто ограничивать сигнал по частоте (типа 96дБ в полосе задержания); и-таки да, проиграйте возможность реализации цифрового фильтра в целочисленной арифметике в Атмеге. Хотя Кортекс для этого гораздо больше подходит
Учитывайте, что аналоговый фильтр в реализации будет на порядки сложнее и дороже, чем такой же по параметрам цифровой.