Chúng ta có thể có một bộ lọc khử răng cưa kỹ thuật số không?

Tôi đang làm việc trên một bảng không có bộ lọc chống khử ở đầu vào của ADC. Tôi có tùy chọn để tôi triển khai bộ lọc của riêng mình bằng mạch RC + Opamp. Nhưng cũng có thể thực hiện bộ lọc Anti Aliasing sau khi lấy mẫu bằng ADC và xử lý trong miền Digital: bộ lọc khử răng cưa kỹ thuật số?

sampling filtering

— gpuguy
nguồn

Câu trả lời:

Chỉ để hỗ trợ câu trả lời của Matt và cung cấp thêm một vài chi tiết:

Hầu hết các ADC hiện đại làm hầu hết các công việc khử răng cưa cứng trong lĩnh vực kỹ thuật số. Lý do là các bộ lọc kỹ thuật số có xu hướng sản xuất ít sản phẩm phụ hơn với chi phí thấp hơn nhiều. Chuỗi thực tế là:

Đầu vào analog.
Bộ lọc khử răng cưa analog.
Quá khổ (ví dụ, ở mức 8).
Bộ lọc khử răng cưa kỹ thuật số.
Giảm dần (giảm xuống 1x).
Đầu ra kỹ thuật số.

Minh họa thêm, xem xét những điều sau đây:

Âm thanh được lấy mẫu ở 44100Hz.
Điều này cung cấp tần số Nyquist là 22050 Hz.
Bất kỳ tần số nào trên 24100 Hz sẽ bí danh trở lại phạm vi âm thanh (dưới 20kHz).
20000Hz đến 24100 là khoảng một phần tư quãng tám.
Ngay cả với bộ lọc dốc 80dB / 8ve, bạn sẽ chỉ giảm tần số răng cưa xuống 20dB.

Nhưng với oversampling 8x:

Âm thanh được lấy mẫu ở 352,8kHz (44,1kHz x 8).
Nyquist là 176,4 kHz.
Chỉ các tần số trên 332,8kHz sẽ phản chiếu đến phạm vi âm thanh.
Đó là khoảng 4 quãng tám.
Vì vậy, bạn có thể áp dụng bộ lọc tương tự 24dB / 8ve để giảm tần số răng cưa xuống 96dB.
Sau đó quá khổ.
Sau đó áp dụng bộ lọc kỹ thuật số pha tuyến tính giữa 20kHz và 24.1kHz

Các cuốn sách sau đây là một tuyệt vời, tài nguyên rõ ràng cho các loại của sự vật.

— Izhaki
nguồn

Những gì bạn nói chắc chắn đúng với các ứng dụng âm thanh (trong đó đã sẵn sàng sử dụng, các chip codec tích hợp đã thay thế ADC / DAC từ lâu) - nhưng có nhiều lĩnh vực kỹ thuật trong đó việc mua lại vẫn là của ADC ADC vanilla (dưới dạng độc lập chip hoặc được tích hợp vào vi điều khiển) - và với những thứ này, bạn phải làm việc chăm chỉ!

— pichenettes

Đó là một nhận xét tuyệt vời. Tuy nhiên, tôi tin rằng câu trả lời vẫn còn - nếu bạn có đủ khả năng, các bộ lọc khử răng cưa kỹ thuật số mang lại nhiều lợi ích.

— Izhaki

chỉ muốn biết đây có phải là cách để đảm bảo rằng các bộ lọc tương tự sẽ có hình dạng và trọng lượng nhỏ?

— gpuguy

Nếu tôi hiểu chính xác câu hỏi thì có - sử dụng bộ lọc kỹ thuật số sẽ có nghĩa là một fiter tương tự đơn giản hơn nhiều (đặc biệt nếu chất lượng là tài khoản).

— Izhaki

Bạn có nghĩa là "decimate" ở bước thứ hai đến cuối cùng trong quy trình làm việc quá khổ?

— Nick T

Không, điều này không có ý nghĩa. Giả sử tốc độ mẫu ADC của bạn là 1kHz. Sóng hình sin 100 Hz và sóng hình sin 900 Hz sẽ mang lại chính xác cùng một chuỗi các mẫu kỹ thuật số đã được đưa vào ADC của bạn - nhưng bạn muốn vượt qua cái trước và làm suy giảm cái sau. Làm thế nào để bạn mong đợi bộ lọc kỹ thuật số của bạn tạo ra các đầu ra khác nhau khi được cung cấp cùng một đầu vào?

Điều duy nhất có thể hoạt động là lấy mẫu tín hiệu đầu vào nhanh như ADC của bạn cho phép, sau đó lấy mẫu tín hiệu đó trong miền kỹ thuật số theo tốc độ mẫu mục tiêu của bạn - nhưng trừ khi bạn có chu kỳ CPU để lãng phí, tốt hơn là bạn nên sử dụng một tín hiệu tương tự lọc ngược dòng.

— pichenettes
nguồn

"Một sóng hình sin 100 Hz và sóng hình sin 900 Hz sẽ mang lại chính xác cùng một chuỗi các mẫu kỹ thuật số". Điều này nói chung là không đúng (mặc dù tôi hiểu ý của bạn).

— niaren

Được rồi, điều này đòi hỏi một điều kiện cụ thể về các pha của chúng để hoạt động nhưng đây không phải là vấn đề! Vấn đề là các mẫu kỹ thuật số của bạn có thể trông giống như chúng đến từ sóng hình sin 100 Hz, trong khi chuỗi dữ liệu rất giống nhau có thể được tạo ra bởi sóng hình sin 900 Hz.

— pichenettes

bạn có thể cho biết điều kiện đó là gì (chính xác để giữ) không?

— niaren

Có sự lệch pha giữa giữa hai.

π

$\pi$

— pichenettes

có một lỗi trong câu trả lời của bạn. 100Hz và 900 Hz không có cùng một đầu ra được lấy mẫu. Trên thực tế [100 +/- k * 1000] của nó sẽ cho các mẫu tương tự. Vì vậy, -900, 1100, 2100, v.v. là các tần số bí danh tương ứng với 100Hz. Trên thực tế, 900Hz sẽ âm của sóng kích thước 100Hz.

Tôi đồng ý với câu trả lời của pichenettes nhưng tôi muốn nói thêm rằng việc sử dụng bộ lọc khử răng cưa tương tự đơn giản rẻ tiền đơn giản và thực hiện phần còn lại của bộ lọc khử răng cưa trong miền kỹ thuật số. Tất nhiên điều này ngụ ý rằng bạn không xử lý ở tốc độ lấy mẫu tối đa mà là bạn xuống mẫu sau bộ lọc khử răng cưa kỹ thuật số. Tóm tắt:

Tất nhiên bạn cần một bộ lọc khử răng cưa tương tự.
Bộ lọc tương tự có thể được giữ rất đơn giản nếu bạn có thể giảm tín hiệu của mình. Trong trường hợp này, bạn có thể thực hiện xóa răng cưa nhiều hơn trong miền kỹ thuật số (trước khi lấy mẫu xuống).

— Matt L
nguồn