Не могу поставить фильтр перед АЦП Опции

[RodionGork]

Уважаемые товарищи, здравствуйте!

(введение)
Обычно перед АЦП ставится фильтр низких частот, который (в идеале) пропускает все что ниже половины частоты выборки, а все что выше подавляет - эта мера избавляет от (как это по-русски) aliases - отображения высокочастотных составляющих в низкие частоты за счет собственно квантования по времени, поскольку после оцифровки, скажем, на частоте 8кГц уже не отличить будет сигнал 9кГц от сигнала 1кГц.

Поправьте, если неправильно выразился.

(проблема)
Злокозненное мое проектируемое устройство измеряет не активную, а пассивную величину. То есть на время измерения нужно подавать на объект воздействие, включать ток, затрачивать энергию... И это все ужасно. Ну примерно как с сопротивлением - пока ток не пропустишь и не измеришь падение напряжения, не узнаешь, какое оно.

Для экономии энергии принято кажущееся разумным решение. Воздействие включается непосредственно перед оцифровкой и выключается после. То есть если оцифровки совершаются примерно 10000 раз в секунду, а ток подается за 4мкс перед подачей сигнала на оцифровку и выключается через 1мкс после него, то я экономлю 95% энергии. Да и по другим соображениям это, оказалось, удобно.

В общем, схему сделал, все работает, причем работает замечательно. Но гложет меня сомнение.

Поскольку сигнал на датчике появляется один раз за 100мкс на время примерно равное 5мкс, ставить сюда фильтр, как обычно, вроде бы бесполезно. Ну я его и не ставил. Один мудрый человек сказал с мудрым видом:
"Нужно сделать отдельную схему Sample And Hold для сигнала, чтобы она превращала импульсы длительностью в 5мкс и периодом в 100мкс в ступеньки той же высоты, но заполняющие период целиком. После этой схемы полученный ступенчатый сигнал можно будет фильтровать, а потом уже подавать на АЦП".

Я так и стал экспериментировать... И вдруг до меня дошло - это совершенно не избавит меня от aliases. Если скажем Sample And Hold работает с той же частотой 8кГц а на датчик каким-то образом космическим наводится помеха 9кГц, она точно так же будет превращаться в 1кГц и фильтроваться уже как сигнал 1кГц и разумеется подавляться не будет - да и с чего бы.

Я высказал это сомнение мудрому человеку, он сказал что я в чем-то не прав, но в чем именно у него сейчас нет времени разбираться.

Вот и обращаюсь к мировому разуму по поводу того, прав ли я и как надо поступать в данной ситуации?

с почтеньем,
Родион

[EvgenyNik]

RodionGork, а что из себя представляет целевой сигнал в случае постоянного воздействия? Т.е. в неоптимальном случае - каково частотное представление измеряемого сигнала?

[RodionGork]

RodionGork, а что из себя представляет целевой сигнал в случае постоянного воздействия? Т.е. в неоптимальном случае - каково частотное представление измеряемого сигнала?

Сам-то сигнал по большому счету весьма низкочастотный... Все интересное в нем - ниже 10-20 Гц происходит...

В общем, всем спасибо... Прям бурю в стакане подняли. В целом я так и понял, что ничего тут хитроумного не бывает, поскольку проблема в целом проста как валенок.

Какие помехи я ожидаю? Ну я живу в розовых очках и ожидаю, что помех не будет вообще никаких и что на выходе 12-16 разрядного АЦП последний даже разряд никогда не будет "подпрыгивать"... Но некоторые обстоятельства меня смущают. Если я беру оригинальный (а не самодельный) датчик и смотрю на него осциллографом, то даже при отсутствии полезного сигнала я вижу колебания с частотой 2 Гц и амплитудой около 50мВ (при этом сам сигнал порядка 2В, а колебания, которые меня интересуют, около 1% от этих 2В)... Колебания не очень ровной формы, почти прямоугольные... Иногда увеличиваются, иногда уменьшаются... Процессы у них порядка десятков секунд имеют постоянную времени... Очччень интересно... ;-)

Взял вольтметр (китайский цифровой тестер в режиме вольтметра) подключил его к найденному в запасниках советскому германиевому диоду Д9... Диод в качестве ВЧ-детектора, ясно, а антенным контуром служат сами щупы прибора (один красный, другой черный, кому важны подробности, хе-хе) Наблюдаю показания 60мВ за рабочим столом и около 110мВ у окна... Тоже интересно...

Ну откуда в таких условиях взяться помехам?

А уж вопрос о том какие конкретно помехи эти будут - у меня на столе, на окне - или у заказчика, или у того кому он это устройство потом продаст... (если его получится сделать) - это, извините, я даже не в силах представить... Собственно если помеха будет такой вот двухгерцовой как та, которая витает у меня в лаборатории, то и фильтровать ее будет бесполезно - ведь сигнал примерно той же частоты... Тогда придется изобретать что-то смешное для улавливания помехи отдельно и вычитания ее... ;-)))

Пока что план такой - в цепи датчика, с которой снимаю показания, значительно повысил ток (до 10мА с 0.1мА примерно), сократил все цепи как мог, избавился от внутрисхемных шумящих узлов - в общем пока полет нормальный на 12 разрядах АЦП... Дальше посмотрим. ;-)

2 RodionGork: А Вы не думали над таким вариантом. Частоту сэмплирования УВХ (fo)сделать максимально высокой (ровно столько сколько требуется для завершения перех.процессов в датчике), возможно тогда частота помехи будет меньше чем fo/2 и наложения не будет. Далее все как обычно- ФНЧ и оцифровка

Над этим я думал (и вообще конечно лучше всего было сделать непрерывный сигнал и сигма-дельта АЦП поставить или что-нибудь такое) - но учитывая что для каждой оцифровки надо систему с датчиком включать на какое-то время, все это не только увеличивает потребление но и при некотором значении вообще будет уже недопустимо... Поскольку все цепи связанные с измерением сигнала рассчитаны на такую импульсную работу... Не выдержат оне если их надолго включать... Конечно можно все переделать в расчете на более могучие элементы, но устройство изначально задумано как маленькое и автономное... ;-)))

Сообщение отредактировал RodionGork - Jun 18 2009, 06:03

[Alexashka]

Если я беру оригинальный (а не самодельный) датчик и смотрю на него осциллографом, то даже при отсутствии полезного сигнала я вижу колебания с частотой 2 Гц и амплитудой около 50мВ (при этом сам сигнал порядка 2В, а колебания, которые меня интересуют, около 1% от этих 2В)... Колебания не очень ровной формы, почти прямоугольные... Иногда увеличиваются, иногда уменьшаются... Процессы у них порядка десятков секунд имеют постоянную времени... Очччень интересно... ;-)

Осталось рассказать всем что же это за супер-пупер датчик такой