Filtro antisolapamiento ADC

Debe asegurarse de que el ruido del alias sea lo suficientemente bajo de una forma u otra.

Usted menciona que la señal es una onda cuadrada de 1 kHz, pero luego dice que solo está interesado en el "voltaje de CC estático". Esos juntos no tienen sentido. Asumiré que desea medir los niveles superior e inferior de esta onda cuadrada.

Lo primero que debe hacer es decidir qué tan rápido puede muestrear. Los problemas de alias se reducen con una mayor frecuencia de muestreo. Usted dice que el A/D puede hacer una frecuencia de muestreo de 250 kHz, pero no ha dicho si el sistema al que está conectado puede hacerlo. En cualquier caso, eso es mucho más de lo que necesitas.

Pruebe dos polos de filtrado R,C ordinario a unos 10 kHz más o menos. Si muestrea a 250 kHz, las únicas señales por encima de 125 kHz producirán aliasing. Esos serán atenuados por alrededor de 12.5 ² = 156.

Solo usted puede responder cuánto contenido de frecuencia habrá por encima de 125 kHz y si atenuarlo en 156 (44 dB) es suficiente. Por tu descripción, supongo que lo es. Si no está seguro, arroje otro poste a 10 kHz más o menos.

En general, desea realizar solo el filtrado suficiente en analógico para reducir el ruido de alias a niveles aceptables. Si desea encontrar algún "promedio" o lo que sea, hágalo digitalmente después del muestreo. Los filtros digitales no sufren imprecisiones debido a las variaciones de las piezas, la temperatura o el comportamiento no lineal de las piezas.

Para el filtro digital, debe decidir qué tiempo de establecimiento desea. Filtre el flujo de muestra para que un paso aún se asiente dentro de su tiempo máximo permitido dentro de su error máximo permitido.

Sí, siempre necesitas un filtro anti-aliasing

Solo estoy interesado en "voltaje de CC estático"

Que dice explícitamente "oye, quiero un paso bajo" (para dejar pasar solo frecuencias muy bajas, es decir, "el voltaje promedio).

La frecuencia de corte depende de la frecuencia en la que opere el ADC; el hecho de que pueda hacer 250kS/s no significa que tenga que funcionar a 250 kHz. Tendrá que controlar los instantes de muestreo manejando el pin CNV usted mismo, por ejemplo, con su MCU.

Pero sí, dado que parece que solo busca frecuencias muy bajas, opte por una frecuencia de corte muy baja: cuanto más baja sea esa frecuencia de corte, menos energía de ruido habrá en su señal.

Por lo tanto, el diseño de ese filtro no se definirá realmente solo por la frecuencia de corte, sino también por la atenuación de la banda de parada (que puede ser importante para usted, pero no sé nada sobre su fuente de señal, aparte de que está en un rango donde piezas simples de conductor pueden actuar como antena e introducir voltajes con una magnitud de voltaje comparable). Y, por supuesto, por viabilidad técnica: un paso bajo RC de 10F / 100MΩ es algo terriblemente difícil de construir :)

EDITAR : como señaló Pipe, el ADC viene con un LPF de tapa conmutada seleccionable de un solo polo incorporado. Podría ser totalmente suficiente, incluso más, ya que la tabla 11 de la hoja de datos dice que puede configurarlo en ¼ del ancho de banda. Sin embargo, tenga en cuenta que "menos ancho de banda significa menos potencia de ruido" todavía se aplica; ¡realmente depende de qué señal estés mirando si esto es suficiente o no!

EDITAR : como un chico de radio definido por software¹, solo puedo decir: vaya y vote a favor de la respuesta de Olin. Está diciendo lo correcto: un filtro digital es más fácil de implementar y mucho menos problemático que uno analógico.

Por supuesto, aún debe asegurarse de no tener alias en su señal digital; no hay nada que un filtro digital pueda hacer al respecto una vez que sucedió. Sin embargo, eso solo significa que necesita una fuerte supresión de la banda de parada por encima$\frac{f_{sample}}2$, no un límite muy por debajo de eso. Es simplemente un hecho matemático que los filtros no pueden tener una transición infinitamente nítida de paso a banda de parada, por lo que, naturalmente, elegiría uno que tenga una frecuencia de corte sólidamente por debajo del límite de nyquist. Pero eso nuevamente enfatiza el hecho de que la frecuencia de corte no es el parámetro de diseño más crítico aquí: es la supresión de frecuencias por encima del límite de nyquist que podría estar presente en su señal, y eso generalmente también es una función de qué tan "ideal" puede asumir sus componentes para ser.

Por ejemplo: si va a construir un filtro RC de corte muy bajo, puede sentirse tentado a usar capacitores muy grandes, pero estos a menudo tienen una ESR alta.

Medir un cambio de paso a 16 bits requiere 16*6/9 = 11 constantes de tiempo de establecimiento. Más detallado, esto es

¿Cuál es nuestro presupuesto? 1KHz/2 = 500uS/paso; 500uS - 10uS = 490uS para asentamiento por 11 Tau; nuestro Tau más largo permitido es 40+uS; o 25.000 radianes/segundo; divide por 2pi y el F3dB es ~~4KHz.

Con un filtro de paso bajo de 4 KHz, tiene atenuación de alta frecuencia y una medición precisa de la onda cuadrada de 1 KHz, pero debe cronometrar el borde de conversión de inicio del ADC a 10 uS antes del borde de 1 Khz.

Aquí está el modelo de su sistema: 300mvpp, amplificado por opamp genérico 13X, en ADC de 16 bits. Inserté 10 mV de 60 Hz y 120 Hz en el Interferidor de la fuente de alimentación Gargoyles y, sorprendentemente, la basura de la fuente de alimentación limita su medición a 15,2 bits. Pero su ruido térmico también es alto. Sin embargo, Vquant pone el suelo.

Utilicé la Hoja de trabajo ADC genérica para evaluar los requisitos de asentamiento.