Можем ли мы иметь фильтр цифрового сглаживания?

Я работаю над платой, на которой нет фильтра сглаживания на входе АЦП. У меня есть возможность реализовать свой собственный фильтр, используя схему RC + Opamp. Но возможно ли также реализовать фильтр сглаживания после выборки с помощью АЦП и обработки в цифровом домене: цифровой фильтр сглаживания?

sampling filtering

— gpuguy
источник

Ответы:

Просто чтобы поддержать ответ Мэтта и предоставить несколько более подробной информации:

Большинство современных АЦП выполняют большую часть работы по сглаживанию в цифровой области. Причина в том, что цифровые фильтры, как правило, производят меньше побочных продуктов при гораздо более низких затратах. Фактическая цепочка:

Аналоговый вход.
Аналоговый сглаживающий фильтр.
Передискретизация (например, в 8x).
Цифровой сглаживающий фильтр.
Децимация (уменьшение до 1х).
Цифровой выход.

Для дальнейшей иллюстрации рассмотрим следующее:

Аудио сэмплируется с частотой 44100 Гц.
Это обеспечивает частоту Найквиста 22050 Гц.
Любые частоты выше 24100 Гц будут возвращаться к звуковому диапазону (ниже 20 кГц).
От 20000 Гц до 24100 - это примерно четверть октавы.
Даже с крутым фильтром 80dB / 8ve вы будете уменьшать частоты наложения только на 20dB.

Но с 8-кратной передискретизацией:

Звук дискретизируется с частотой 352,8 кГц (44,1 кГц x 8).
Найквист составляет 176,4 кГц.
Только частоты выше 332,8 кГц будут отражать звуковой диапазон.
Это около 4 октав.
Таким образом, вы можете применить аналоговый фильтр 24 дБ / 8ve, чтобы уменьшить частоты наложения на 96 дБ.
Тогда перевыбор.
Затем примените линейный фазовый цифровой фильтр между 20 кГц и 24,1 кГц.

Следующая книга является прекрасным, ясным ресурсом для этого рода вещей.

— Izhaki
источник

То, что вы говорите, безусловно верно для аудиоприложений (в которых готовые к использованию встроенные микросхемы кодеков давно заменили АЦП / ЦАП), но есть много областей разработки, в которых приобретение все еще выполняется ванильными АЦП SAR (как автономные). микросхемы или встроенные в микроконтроллеры) - и с этим вам придется выполнять тяжелую работу!

— пикенеты

Это отличный комментарий. Тем не менее, я считаю, что ответ остается в силе - если вы можете себе это позволить, цифровые фильтры сглаживания приносят много преимуществ.

— Изаки

просто хотел узнать, это способ убедиться, что аналоговые фильтры будут иметь малую геометрию и вес?

— gpuguy

Если я правильно понимаю вопрос, то да - использование цифрового фильтра будет означать гораздо более простую настройку аналогового сигнала (особенно, если учитывать качество).

— Ижаки,

Вы имеете в виду «decimate» на последнем шаге в рабочем процессе передискретизации?

— Ник Т

Нет, это не имеет смысла. Скажите, что ваша частота дискретизации АЦП составляет 1 кГц. Синусоидальная волна с частотой 100 Гц и синусоидальная волна с частотой 900 Гц даст точно такую же последовательность цифровых выборок, которые будут поданы на ваш АЦП, но вы хотите пропустить первую и ослабить последующую. Как вы ожидаете, что ваш цифровой фильтр будет выдавать разные выходы при питании одного и того же входа?

Единственное, что может сработать, - это сэмплировать входной сигнал так быстро, как позволяет ваш АЦП, а затем уменьшить его в цифровом домене до целевой частоты дискретизации - но если у вас нет лишних циклов ЦП, вам лучше использовать аналоговый Фильтр вверх по течению.

— pichenettes
источник

«Синусоидальная волна с частотой 100 Гц и синусоидальная волна с частотой 900 Гц даст точно такую же последовательность цифровых выборок». Это вообще неправда (хотя я понимаю, что вы имеете в виду).

— Ниарен

Ладно, это требует определенных условий на их фазах, но это не главное! Дело в том, что ваши цифровые сэмплы могут выглядеть так, как будто они получены от синусоидальной волны 100 Гц, тогда как та же самая последовательность данных могла быть сгенерирована синусоидальной волной 900 Гц.

— пикенеты

Можете ли вы сказать, что это за условие (для точного соблюдения)?

— Ниарен

π

$\pi$

в вашем ответе есть ошибка 100 Гц и 900 Гц не имеют одинакового сэмплированного выхода. На самом деле это [100 +/- k * 1000], который даст те же образцы. Итак, -900, 1100, 2100 и т. Д. Являются частотами с псевдонимами, соответствующими 100 Гц. На самом деле, частота 900 Гц будет отрицательной по сравнению с волной размера 100 Гц.

Я согласен с ответом Pichenettes, но я хотел бы добавить, что довольно распространенной практикой является использование простого недорогого аналогового фильтра сглаживания низкого порядка и выполнение остальной части фильтрации сглаживания в цифровой области. Конечно, это подразумевает, что вы обрабатываете не с максимальной частотой дискретизации, а что вы уменьшаете после цифрового фильтра сглаживания. Подводя итог:

Конечно, вам нужен аналоговый фильтр сглаживания.
Аналоговый фильтр может быть очень простым, если вы можете уменьшить сигнал. В этом случае вы можете сделать больше удаления псевдонимов в цифровом домене (перед понижением частоты дискретизации).

— Мэтт Л.
источник