¿Dónde colocar el filtro de paso bajo en la ruta de la señal analógica?

Quiero probar mi circuito sensor de pH básico para saber si es necesario un filtro de paso bajo. ¿Cómo puedo probarlo?

La ruta de la señal es:

Sonda del sensor ---> Circuito de amplificador operacional de búfer ---> ADC ---> MCU

Así es esta forma correcta: sonda del sensor ---> filtro LP ---> circuito de amplificador operacional de búfer ---> ADC ---> MCU

o:

Sonda del sensor ---> Circuito de amplificador operacional de búfer ---> Filtro LP ---> ADC ---> MCU

Y una nota que debería usar para activar el filtro de acuerdo con mi pregunta anterior . Así que usaré un filtro LP activo.

¿Está preguntando dónde ponerlo o cómo probar si es necesario? La respuesta a la segunda pregunta es definitivamente sí, sin ninguna prueba, según el teorema de Nyquist: debe limitar el ancho de banda con un filtro de orden alto a menos de la mitad de la frecuencia de muestreo del ADC.

Respuestas (3)

Es posible que deba colocar uno antes del amplificador operacional y otro antes del ADC. El que está antes del ADC limpia el ruido de la línea, así como el ruido del amplificador operacional y realiza una cierta cantidad de reducción de alias.

El anterior al amplificador operacional evita que EMI ingrese y altere el amplificador operacional para que produzca compensaciones de CC falsas (se llama rectificación RFI de entrada): vea esto .

Es posible que también deba filtrar un poco en la MCU, pero un poco de ruido puede ser algo bueno; vea tramado

Es posible que también necesite un filtro de paso bajo en la sonda y esto depende de qué tan bien la sonda haga frente al ruido en sus terminales de alimentación (si tiene alguno).

Si la sonda tiene una conexión a tierra, es posible que también deba considerar métodos de aislamiento para evitar bucles de tierra. Hay muchas cosas que pueden ser relevantes.

¿Ambos LPF son filtros activos aquí?
No necesitan serlo. Depende del ruido, las interferencias y la frecuencia de muestreo. Lo más probable es que el anterior al opamp sea pasivo y, nuevamente, dependiendo del nivel ambiental de RFI, puede incluir inductores, así como R y C.
De hecho, es muy probable que el filtro antes del opamp sea pasivo y, por lo general, el filtro antes del ADC será un filtro activo de segundo o tercer orden, pero esto puede implementarse utilizando el opamp mencionado anteriormente.
¿Y por qué otros LPF deben estar en segundo o tercer orden?
"por lo general, el filtro antes del ADC será de segundo o tercer orden". Suele ser la palabra clave y es habitual, en la mayoría de las aplicaciones, que el filtro anti-alias necesite 2 o 3 órdenes. Es una regla general, pero he visto sistemas con solo un filtro pasivo de primer orden.

"¿Cómo puedo probarlo?" ¿Quizás ni siquiera necesitas uno? construya un circuito prototipo y pruebe la disposición actual, y vea cómo es el ruido. Para una referencia supuestamente inmóvil, vea cómo se lee el ADC. Si se mantiene estable y el ruido es inferior a 1 LSB, no haga nada.

Si el ruido sigue siendo un poco bajo, pero puede ver que oscila alrededor de un valor particular, intente promediar el software (tome 10 muestras, divídalas por 10, use el resultado como "lectura").

Si el ruido es bastante malo y el promedio realmente no ayuda, puede intentar el LPF.

El LPF sería mejor justo antes del ADC, de modo que pueda filtrar cualquier extrañeza que emane del amplificador operacional del búfer, así como la señal original en sí.

Sin embargo, asegúrese de verificar la impedancia de entrada esperada del ADC y asegúrese de que la salida del LPF aún califique para este rango; de lo contrario, el ADC puede dar valores incorrectos (puede estar fuera de escala o más lento que la señal de entrada más de lo necesario, debido a que los capacitores de muestreo no se cargan lo suficientemente rápido o demasiado rápido)

¿Cómo hacer coincidir la impedancia de entrada del ADC y la salida de LPF?
@ user30878 simplemente lea la hoja de datos de su MCU en la sección del periférico ADC y verifique el rango de impedancia con el que funciona el dispositivo. Por ejemplo, podría estar diseñado para funcionar mejor con una impedancia de fuente de 10k. Su filtro de paso bajo activo debe tener una impedancia de salida de 10k ohm, utilizando una resistencia en serie que ingresa al ADC.
Es solo una cuestión de cuánta corriente ingresa a los capacitores de muestreo de su ADC, generalmente no hay un problema con una impedancia demasiado baja (creo ...) pero hay problemas con una impedancia demasiado alta. Elija algo razonable por debajo de los requisitos de su ADC. También lea más sobre este tema de Texas Instruments aquí: ti.com/lit/an/spna061/spna061.pdf
La señal ya está amortiguada por el amplificador operacional del filtro activo por segunda vez antes de ir a la entrada ADC. Entonces, creo que no necesito más coincidencia de impedancia aquí.
@user30878 de nuevo, solo verifique dos veces las especificaciones de ADC para su chip, y debería estar bien
Lo revisé, es de 6 mOhm
@ user30878 eso no tiene sentido para mí. Lea la pregunta y los comentarios/respuestas (¡uno también es mío!) aquí: electronics.stackexchange.com/questions/107741/…

Todas las buenas respuestas anteriores. Solo quería agregar que, para mí, pienso en un filtro cuando me quedo sin rango dinámico. (la señal + el ruido golpea los rieles de PS). Coloque el filtro frente a la etapa de ganancia analógica final... ¡pero solo si lo necesita! No deseche el ancho de banda si no es necesario. (+1 en todas partes).