Собственно необходимо разработать фильтр от наложения частот («antialiasing filter») с полосой пропускания 300Мгц для 12-битного АЦП с частотой выборки в 1Ггц.
Покурил некоторые темы на форуме, но не понял, как некоторые форумчане определяют коэффициент усиления в полосе подавления и допустимое колебание в полосе пропускания.
Для моей задачи я определил:
1. Полоса подавления не должна быть больше -72,24dB;
2. Колебание в полосе пропускание не более 0.001dB;
Предполагаю, что наиболее подходящим будет пассивный фильтр Кауэра 6-го порядка
В правильном ли направлении я двигаюсь? (я в этом «зеленый»)

По п.2
- бывают такие задачи, где ДЕЙСТВИТЕЛЬНО необходима такая неравномерность?
- бывают такие аналоговые компоненты, которыми можно реализовать (в диапазоне частот, температур и в течение срока службы) подобную неравномерность на сотнях МГц?

Фильтр Кауэра - тоже не очень хорошая идея для антиалиасингового фильтра из-за колебаний в полосе задержания.

Для 12-битной системы допустима ошибка в ½ LSB, что соответствует 1/(2*4096). Переводим в dB 20*lg(1+1/(2*4096)) = 0,00106 dB. Или я не прав?

Не знаю... Всегда считал, что каждый разряд отличается от соседнего по напряжению вдвое, то есть на 6 дБ. А динамический диапазон АЦП равен 6 дБ * N разрядов + 1,8 дБ.
Отсюда динамический диапазон 12-ти разрядного АЦП равен 6 * 12 + 1,8 = всего 74 дБ. Ну и зачем такая точность?

ПМСМ избыточное требование, если учесть подавление наложения после цифровой фильтрации.

Тоже сильно завышено.

Разве можно подавить наложение спектра цифровой фильтрацией? Я думал, что высокочастотная гармоника попадает в низкочастотный спектр, где ее уже не отфильтруешь!
Я, конечно, предполагаю, что требования по колебаниям в полосе пропускания завышены, т. к. есть нестабильность аналоговых компонентов. Думаю, что амплитуду можно откорректировать в DSP по известным характеристикам фильтра. Остается вопрос стабильности параметров фильтра!
Какой фильтр более стабилен в диапазоне до 300МГц? Пассивный или активный? Если кто-то имеет ссылку на ПО, которое может считать фильтр и определять погрешность, то буду очень благодарен!

Активный фильтр на таких частотах невозможен. Остается пассивный

Трудно подобрать индуктивности - у них резонансные частоты будут низкими выше которых они превратятся в емкости что приведет к подъему АЧХ в области зеркальных частот Вероятно их нужно выполнять в виде печатных проводников

Сигнал должен быть дифференциальным

Будут влиять емкость монтажа

Сложности будут с трассировкой

Фазочастотная характеристика будет искажать форму сигнала. Нужно рассчитать сколько допустимо

Micro Cap позволяет синтезировать пассивные фильтры

Вообще мне кажется фильтр должен быть делителем - в одном плече резистор, в другом комплексное сопротивление, которое выше 300 МГц превращается емкость

А в результате чего ложный сигнал попадает в НЧ спектр? В результате аналогово-цифрового преобразования. Поэтому подлежит фильтрации.
Основное назначение антиалиасингого фильтра - подавление ложного сигнала до такого уровня, когда он не искажает динамику основного сигнала.
Сложнее с ЦАП, там ложный сигнал превращается из цифрового потока в реальные аналоговые искажения, где цифровой фильтр неприменим.

На этой частоте применим только пассивный фильтр. Можно поставить SALF-265

Зависит от Ваших задач. Если это измерительная техника, отчасти правы (зависит от требуемой точности измерений в рабочей полосе частот). Если это цифровой приемник, на выходе точность воспроизведения амплитуды модулирующего сигнала не так важна, важны характеристики линейности, динамический диапазон и пр. В этом случае требования к неравномерности АЧХ СИЛЬНО завышены.
В любом случае требуемая неравномерность вычисляется не из разрядности АЦП.

Это требование не выполнимо по причине низких добротностей LC элементов, будут завалы хар-ки на 1-3 дБ ближе к границе.


Как уже писали выше, у всех элементов есть паразитные составляющие, зависящие от номинала. И в первую очередь надо рассматривать фильтры, элементы которого применимы в нужном частотном диапазоне. Т.е. паразитные составляющие не должны существенно влиять на полосу пропускания и гарантировать подавление вне этой полосы. С этой точки зрения фильтр Кауэра в исходном виде сложно применим. Хорошо попробовать разные варианты.


Чем плохи колебания в полосе задержания?


Почему нельзя использовать активный фильтр до 300 МГц? А если взять усилитель на 10 ГГц?


Зачем?


А как насчет учета влияния?


Добавим еще Filter Solutions, позволяет кстати оценить в первом приближении чувствительность к разбросу элементов. В любом случае программа синтеза даст лишь первое приближение, дальше не обойтись без программ двухмерного ЭМ расчета и оптимизации (AWR, Genesys, ADS, Designer).


Ой-ой-ой, какие делители?


Разве, есть разница? Что фильтруется аналоговым, а что цифровым фильтром?

Конечно есть, там мы цифровой поток получаем из аналогового сигнала, а тут - наоборот.
В цифровом потоке можно отделять мух от котлет и учитывать весовые коэффициенты наложений.
Лучше их конечно сразу исключить, но для этого нужен как раз такой "идеальный" ФНЧ, которого нет в природе.
Поэтому надо исходить из необходимого динамического диапазона, а не разрядности АЦП.

Тут правильный вопрос прозвучал уже: Что будет делать АЦП? Без этого уточнения тяжело разобраться....

Что-то новое, подробнее можно? Если речь о согласованной фильтрации, то только в рамках увеличения С/Ш при известном входном сигнале. Если вид сигнала и помехи нам не известны, и в процессе аналого-цифрового преобразования они наложились, то отделить их невозможно.

Сложностью в настройке. В фильтрах Баттерворта и Чебышева I рода достаточно выстроить ЧХ в полосе пропускания и проверить в 1-2 точках затухание в полосе задержания, постепенное уменьшение усиления в полосе задержания гарантируется схемотехнически. Для Чебышева II рода и эллиптического этой гарантии нет, надо проверять и строить и в полосе задержания. Кроме того, более вероятны паразитные резонансы в полосе задержания


Если имеется в виду схемотехника фильтра на ОУ, нужен большой запас по усилению как в полосе пропускания, так и в полосе задержания. Для усилителя с частотой единичного усиления 10 ГГц коэффициент усиления на 300 МГц составит порядка 30. Маловато для операционника. А в полосе задержания - вообще катастрофа

В фильтрах Баттерворта в реальности тоже будут нули, причем они менее предсказуемы. Номиналы элементов образующих полюса достаточно большие, чтобы с большой вероятностью образовать на паразитах нули в области задержания. А сложность настройки определяется не типом фильтров, а насколько нули и полюса близко расположены друг к другу, насколько сильно взаимное влияние.


К примеру ADL5565 имеет полосу ~6 ГГц по уровню -3 дБ при усилении 15 дБ, ограничиваемом резисторами обратной связи. КУ 30 раз на 300 МГц - это только для одного транзистора SiGe из состава усилителя. По графикам из документации, IP3 поддерживается на уровне выше 30 дБм до 500 МГц при небольшом потреблении, значит линейность поддерживается за счет обратной связи и запаса по усилению. Подойдет. Это не рекомендация к применению, у активных фильтров есть свои недостатки.

Изделие общего назначения для систем сбора данных (осциллограф со своей спецификой в цифровой части).

Как тогда определить неравномерность? Если не из разрядности? Может быть из-за влияние неравномерности на FSR или есть ещё что-то?

Для осциллографических целей важнее линейность ФЧХ (постоянство ГВЗ), чтобы меньше был звон фильтра и форма сигнала была максимально близка к исходной. Фильтр Бесселя например.

Нельзя ли откорректировать ГВЗ и колебания КУ амплитуды по известной характеристике фильтра или через калибровку в цифровой части?

Откорректировать можно, вопрос в порядке фильтра, который будет зависеть от изрезанности ФЧХ и АЧХ. На частоте 1 ГГц в реальном времени сделать фильтр большого порядка сложно. В осциллографах большинства фирм по этой причине ставят в качестве фильтра LC/RC цепь 1-2 порядка, не больше, главное чтобы не звенел. У нас на работе есть осциллограф с полосой 600 МГц, купленный пару лет назад, на нем прекрасно виден синусоидальный сигнал с частотой до 1.5 ГГц. Сейчас не вспомню, какая крутизна хар-ки.

У вашего осциллографа разрядов максимум 8, да и частота выборки не меньше 3Ггц). Если реально можно откорректировать звон в DSP, то главной задачей становится разработка фильтра со стабильными параметрами и нестабильностью АЧХ в диапазоне 0,5-0,3Дб (чтобы не выпрыгнуть за FSR)

Я тоже не видел сложных фильтров на входе ЦЗО. Обычно уделяют внимание переходной характеристике.

Без ФНЧ крутой фронт сигнала (с частотными компонентами выше частоты Найквиста) будет отображаться корректно при кусочно-линейной интерполяции, но с выбросами при интерполяции sin(x)/x.

П.1 - зависит от шумовой полосы на выходе обработки; подавление фильтра должно обеспечивать уровень помехи наложения спектра на ~10 дБ ниже уровня шумов АЦП.
П.2 - утопия.

Energy_for_life, найдите в интернете нижеследующую книгу и почитайте со стр. 186 о фильтрах (13. Активные фильтры), там есть сравнение АЧХ, ФЧХ, ГВЗ и откликов на ступеньку для разных фильтров

Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. Том I

А где Вы видели ОУ на 10G ?

Я знаю ad8009 1G, токовый

Но все равно даже если и так на 300МГц усиление 30
Соответственно 3% нестабильность

И потом при такой полосе обратная связь - безумие.
Куча паразитных параметров создаст какой-нибудь полюс и каскад возбудиться

Связи нужны дифференциальные, чтобы возвратный ток не тек по земле это создает паразитную индуктивность

А фильтр я имею ввиду делать как последовательное сопротивление с набором контуров, у которых выше 30мгц емкостной хакрактер

Возможно, пригодится: CN0227.

ADL5565 - быстродействия и усиления вполне достаточно, писал уже выше. На уровне кристалла границы расширяются, не так ли?

А вот и недостаточно быстродействия и усиления.
Промоделировал в FilterPro активный фильтр, отмасштабированный по частоте вниз: срез 30 кГц, спад на 75 дБ на 50 кГц, Чебышев I.
Программа предложила 5-каскадный фильтр 10 порядка.
Для первого каскада требуемая полоса ОУ 476 кГц. Отмасштабировав к параметрам топикстартера, получим 4.76 ГГц: типа вписываемся в 10 Гиг.
Но по остальным каскадам требуется 2.7, 7.7, 18.8, 66.7 МГц полосы. Не вписываемся никак.
Про активный фильтр (по схемотехнике ОУ во всяком случае) забываем.

Естественно, активный по параметрам ТС - полный абсурд, можно было и не считать, достаточно взглянуть на неравномерность в полосе пропускания и на затухание на запрошенной ТС частоте.
10-го порядка пассивный - также абсурд, даже и на относительно низкой частоте. Здесь и не надо обсуждать реализуемость такого фильтра, а, как здесь уже замечали, в осциллографах не используют фильтры выше 1-го (редко 2-го порядка) из-за плохой импульсной характеристики фильтров "высоких" порядков (или плохой ГВЗ). Ведь нужно наблюдать не просто наличие какого-то сигнала, а его реальный вид - для этого и нужны осциллографы. И желательно еще бы и померить амплитуду, длительность, выбросы, неравномерности, задержки, БПФ и т.д. не внося искажений в исследуемый сигнал (по возможноси), что и делают ВСЕ современные осциллографы.

Еще раз вернусь к активным фильтрам, не в рамках рассматриваемой задачи, а допустимости по частоте. Мне не нравится слово "невозможно", к нему должны быть дописаны определенные условия. Возьмем к примеру документ фирмы TI:
OA-26 Designing Active High Speed Filters

Цитирую:


Из этого же документа, рекомендуемый коэффициент усиления лежит в диапазоне 1-8, 1997 год.



Для частоты среза 300 МГц и тактовой 1 ГГц, границу спада можно отодвинуть на 700 МГц.

"Условия" оговорены ТС выше. И для его постановки задачи сегодня решения нет без существенного уменьшения требований.

Все документы, даже от TI, пишут люди, и это не библия. Для АЦП, по Найквисту, частота отсчетов должна превышать мах частоту сигнала как минимум вдвое. Кроме того, теорема отсчетов - ограничительная и не описывает как полностью восстановить сигнал по отсчетам при коэффициенте = 2. Поэтому лучше брать >2 (на практике не менее 4-х, тогда и фильтр на входе упрощается).

Условия еще десять раз поменяются, человек только начинает освоение.


Стоп, не надо приписывать библейскую уклонность. Только факты, что было реализовано.


Фирма Agilent (Keysight) в анализаторах спектра PXA при частоте тактирования АЦП 400 МГц использует полосовой фильтр с полосой 160 МГц на вторую зону Найквиста, причем достаточно компактный и с небольшими потерями. Каждый сам для себя решает, какую частоту дискретизации брать, и для каких задач.

В подавляющем большинстве СВЧ усилителей используются RC обратные связи для стабилизации усиления и коррекции АЧХ. Речь идет об усилителях с диапазоном до несколько десятков ГГц. Поэтому для меня, как для СВЧ-ника, абсурдно звучит невозможность реализации активных фильтров.

Energy_for_life, перейдем к Вашей задаче.

1) Если опасаетесь, что не получится, возьмите готовый фильтр. Как уже раньше советовали - Minicircuits, до последнего времени они были легкодоступны.

2) Если чувствуете в себе силы, то готовьтесь осваивать программы двухмерного ЭМ моделирования, на этих частотах без них никак, даже подстроечные конденсаторы не помогут скорректировать АЧХ. На практике в чистом виде общеизвестные фильтры практически не используются. Компромисс между всеми параметрами получается в процессе оптимизации, путем задания граничных условий.

3) Есть так называемые "эквалайзеры" - это фильтры, корректирующие ГВЗ. Задача этого фильтра - выборочная задержка частот. Так например 1-2 порядка этого фильтра вполне достаточно, чтобы уменьшить 3-х кратные колебания ГВЗ фильтра Баттерворта или Чебышева-2 до 20-50 %. Впрочем все эти манипуляции можно сделать и в цифре, DSP в реальном времени не справится, FPGA - вполне.

Ваша речь - вам и Б-г в помощь.

Если это подобие осциллографа, то забейте на "antialiasing filter" совсем. Дай бог, чтобы без фильтра нужная полоса частот получилась.

Ну с СВЧ я не работал Полосы моих схем были 300МГц

Скорее всего Вы говорите о транзисторных усилителях там действительно фазовый сдвиг меньше

Но у транзисторных усилителей усиление ограничено 10-тью а значит точность АЧХ не будет стабильной

На ОУ с фазовым сдвигом гораздо хуже

Например на приведенной Вами микросхеме, если выход усилителя подключить ко входу, время пролета 400пс
Он уже возбудиться около 1ГГц, для больших частот условия возбуждения тоже есть определяются
Паразитными элементами обратной связи и ее величиной.



А точно Ни разу не видел осциллографа, лишенного стробоскопического эффекта

Вы серьезно думаете, что там где сделан фильтр на 100 МГц, нельзя сделать на 300 МГц? Пора закрывать спор.

P.S. В той "библии", что приводил ранее, используются усилители с фиксированным усилением в диапазоне от 1-8, чаще даже 1-5. Вместо операционных усилителей подойдут СВЧ усилительные блоки. При применении однослойных керамических конденсаторов, а на этих частотах по номиналу они как раз подходят, резонансные частоты будут достаточно далеко. Скорее на этих частотах потеря в усилении будет такой, что условий для возбуждения не будет.

Дело не в усилении а в стабильности этого усиления
Предположим 8 точность 1% Значит усиление 800
Частота 100МГц имеем полосу даже 80G

У ОУ запас по фазе обычно градусов 60.
Т.е Если цепь обратной связи докрутит на 60 град в полосе усилителя то трендец

Условия возникнут - полюс накручивает фазу быстрее чем уменьшает усиление. Иначе проблем устойчивости вообще не существовало

Уже на частоте 1.5 fполюса фазовый сдвиг достигнет 60

нули и полюса зависят от паразитных параметров, их не скомпенсировать

Да не нужна там такая точность. Точка, прекращаю бесполезный спор.

Ну может я чего не догоняю, может это и без обратных связей можно

На СВЧ я не работал

Если Вам попадется активный фильтр на сотни МГц или на нетривиальные десятки, киньте ссылку интересно

Вот и молодец.

Слишком много букаф придётся писать, да Вы и сами скорее всего читали, только возможно забыли:
www.rphf.spbstu.ru/dsp/lib/Sklar_Dig_Com_2003.pdf
В частности раздел 2.4, подраздел 2.4.2 Наложение
Но сразу оговорюсь, что не спец в ЦОС, когда-то раньше интересовался в целях ликбеза...

Забыть сложно, ЦОС - это одно из моих направлений. Нового конечно в той книге не написано, речь идет о фильтрации тех наложений, которые не попадают в рабочую полосу сигнала, при этом не забыли упомянуть слова "при известной полосе сигнала". Не исключаю, что думали об одном и том же, но сказали разными словами. Еще раз повторюсь - в рамках рассматриваемой задачи, при частоте АЦП 1 ГГц и полосе сигнала 300 МГц, аналоговый фильтр можно делать с переходной полосой от 300 МГц до 700 МГц. После дискретизации наложения останутся в полосе (если останутся) от 300 МГц до 500 МГц и могут быть устранены цифровым фильтром.
Принципы построения антиалисовых фильтров одинаковы для АЦП и ЦАП: аналоговым фильтром выделяем нужную зону Найквиста, цифровым фильтруем внутри этой зоны.

Как-то странно смотрится постановка задачи. О чем я? Когда-то, в прошлом тысячелетии, мы проводили исследование чем бы его точнее померять ВЧ напряжение на известной нагрузке 50 Ом. Победили мощеметры М3-5Х, где Х = 1 и 4 в разных поддиапазонах измеряемых величин. Где-то +-2% от 20МГц до 1000МГц. А надо ли больше - вот в чем вопрос. Если посмотреть на разброс волновых сопротивлений кабелей при поставке, точность резисторов аттенюаторов, технологические допуски на производстве микрополосков станет ясно, что даже 1% точности более чем достаточно. 0.1дБ где-то. Пульсаций, перекосов, ослабления на краю полосы и еще чего там забыл. Что также до 300МГц весьма непросто. Почти невозможно.
Кхе, наложение. Тут в приемнике прямого преобразования с оцифровкой 200МГц надо обе квадратуры фильтрануть не потеряв точность (да ладно, - образно говоря - не потерять сильно) ADL5380 от 0 до 70МГц (полоса 140 вокруг нуля) и по углу и по амплитуде. Ибо избирательность по соседнему каналу тем же фильтром, что и наложение. Пока смотрю на Хиттайт 1023. Зеркалку докрутить можно. Но хочется поменьше крутить. Фазовые корректоры в Ханзеле в двух местах были - в основном тексте и в одном из дополнений. А еще есть статейка древняя http://www3.alcatel-lucent.com/bstj/vol07-...bstj7-3-438.pdf . 35МБ, правда. Но ссылки литературы 1890-х выглядят прикольно.

Я к тому веду разговор, что и пульсаций 0.1 дБ не надо, 0.5-1 дБ вполне достаточно и на динамику не повлияет, главное - неизменность хар-ки. Есть цифровая обработка, где все корректируется. Месяц назад у меня в руках побывал осциллограф Agilent, из последних серий - MSO S-series, 10 бит 10/20 ГГц. В этом осциллографе набор ФНЧ формируется от 500 МГц до 8 ГГц с шагом 500 МГц чисто в цифре, включая коррекцию нелинейностей АЧХ, ФЧХ и S21 пробников в реальном времени на FPGA.

P.S. A fifth-order 880MHz/1.76GHz active lowpass filter for 60GHz communications in 40nm digital CMOS
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Пробежался по Minicircuits. У всех подавление на частоте Найквиста не более 60dB(
Придется осваивать двухмерное ЭМ моделирование) С чего лучше начать?




Обговорил с начальством, решили остановиться на 1dB.

P. S. Всем спасибо за активное обсуждение)

Поставьте два последовательно, хар-ки перемножаются (в разах конечно).

Прошу прощения, немного Офф.

Нет желания попробовать AD9361/AD9364? Красивый комбайн "All-In-One" с гетеродином на 6-12 ГГц, модулятором/демодулятором, фильтрами, АЦП/ЦАП. У меня аппетит быстро упал, когда увидел мануал + описание регистров на 120 + 70 стр. (по отдельному запросу).

Два последовательно будут влиять друг на друга (вариант, если воткнуть ОУ).

Не думаю, что сильно. Смотрите на параметр S11, если <-15 дБ, то влияние слабое. На сайте можно загрузить S-параметры, воткнуть в любую программу ЭМ моделирования и сразу понять, что получится. Ткните пальцем в один из них, за 5 мин нарисую. Будьте поосторожнее с ОУ, уж очень у них линейность низкая для этих частот, у любого АЦП линейность по входу на порядки выше. Всегда рекомендую RF-усилители и то надо очень аккуратно подходить. Хотя наверное поспешил, у Вас же осциллограф будет, оцифровка от постоянки, тогда без ОУ действительно не обойтись. Желательно брать ОУ с IP3>40 дБм по всем рабочим частотам, лучше под 45 дБм. Иначе гармоники сигнала будут слишком велики.


Это был вопрос больше для ledum, еще раз прошу прощения

На прошедшем вебинаре была озвучена цифра - порядка тысяча регистров.
А так да, весьма и весьма интересная штучка, техподдерка АД уже завалена вопросами/ответами.
http://matlab.ru/webinars/modelirovanie-ra...nyh-transiverov

Не могу понять входной и выходной импеданс фильтра. 50Ом на входе и на выходе? Т. е. по по постоянке 1/2? Или это волновой импеданс 50Ом?

Конечно волновой, 50 Ом, тестером вход и выход будут как КЗ. RLP-288+ хорош, подавление >60 дБ, если еще больше, то без экрана не обойтись, по ПП/воздуху/земле пролазы будут.

Кстати Вы не рассказали зачем подавление -72,24dB ?