ANTI-ALIASING-FILTER, was ist das?
Ein Anti-Aliasing-Filter ist ein Tiefpassfilter (LPF), das auf den ADC-Eingang angewendet wird, um die Qualität der Signalabtastung zu verbessern. Wenn F d die Abtastfrequenz des ADC ist, ist die Grenzfrequenz des Anti-Alias-Tiefpassfilters ungefähr gleich der Hälfte von 0,5 * F d. Das Unterdrücken von Signalfrequenzen über der Hälfte der ADC-Abtastrate eliminiert den Effekt des Aliasing auf das Signal oder eliminiert, wie es in der klassischen DSP-Literatur allgemein genannt wird, den Effekt des Aliasing. Das Anti-Folding-Filter liefert tatsächlich die spektrale Wiedergabetreue der ADC-Konvertierung, ausgenommen die Seitentöne der Signal-Konvertierungs-Artefakte (um die Terminologie der Tonanwendung zu verwenden).
Abbildung 1 zeigt einen typischen Frequenzgang (im Frequenzbereich 0 bis F d) eines Audio-ADCs hoher Qualität. Hier wird das Signal mit der maximal möglichen Amplitude für einen gegebenen ADC-Eingang als Null Dezibel angenommen. Dieser Frequenzgang wird durch ein mehrstufiges System digitaler Filter in der Sigma-Delta-ADC-Architektur bereitgestellt, die mit einer hohen Modulatorfrequenz (um ein Vielfaches höher als F d) arbeiten. In Kombination mit digitalen Filtern (falls vorhanden) werden analoge Filter mit einer deutlich geringeren Steigung des Frequenzgangs verwendet, um die Unterdrückung hoher Frequenzen im Eingangspfad des ADC zu gewährleisten.
Der ADC mit Anti-Aliasing-Filter wird in Schall-, Akustik- und Vibrometrieanwendungen in Bereichen eingesetzt, in denen die Genauigkeit der spektralen Umwandlung und die maximale Genauigkeit von Wechselstrommessungen wichtig sind. Im Fall des obigen Frequenzgangs des Wandlers ist die höchste Wandlungsqualität garantiert, wenn das effektive Frequenzband des Signals mit einem kleinen Spielraum dem Frequenzband 0 bis 0,5 * F d entspricht. In diesem Fall wird das Optimum in Bezug auf Signal-Rausch- und Signal-Rausch-Verhältnisse erreicht, selbst weil die Spiegelumwandlungsfrequenzen unterdrückt werden (wenn eine Unterdrückung von Frequenzen über F d vorgesehen ist).
Bei der Vibrometrie, bei der Phasenverzögerungen gemessen werden, wird dem gesamten ADC-Wandlungspfad einschließlich des Anti-Aliasing-Filters eine zusätzliche Anforderung an die Linearität des Phasenfrequenzgangs auferlegt.
Im System der linearen Terme – nichtlineare Effekte des Messpfads – kann argumentiert werden, dass der Anti-Aliasing-Filter den Einfluss der nichtlinearen Effekte der ADC-Abtastoperation drastisch reduziert, wodurch die Abtastoperation zu einer Transformation wird. fast linear (wenn wir mögliche Nichtlinearitätsfaktoren unterschiedlicher Art nicht berücksichtigen, z. B. mögliche Nichtlinearität in den ADC-Quantisierungsstufen).
Es kann jedoch nicht argumentiert werden, dass das Vorhandensein eines Anti-Aliasing-Filters im ADC-Konvertierungspfad für alle Digitalisierungsaufgaben für physikalische Signale akzeptabel ist. Ein spezieller Strobe-Betriebsmodus ist beispielsweise nur für einen ADC ohne Anti-Aliasing-Filter (z. B. einen SAR-ADC) möglich, bei dem die obere Durchlassbandfrequenz deutlich höher als die Hälfte der Frequenz von ist Probenahme. Ein weiteres Beispiel: Wenn digitalisierte gepulste Signale mit schnellen Abfällen mit einer Signalspektrumbreite digitalisiert werden, die die Bandbreite eines ADC mit einem Anti-Aliasing-Filter überschreitet, ist eine verlängerte Oszillationsnatur der Filterantwort auf schnelle Signalabfälle möglich. und solche Reaktionen werden nicht für alle gelösten Probleme akzeptabel sein.
Beachten Sie für eine korrekte Interpretation des Begriffs Folgendes:
In der Fachliteratur gibt es auch einen physikalisch ähnlichen Antialiasing-Begriff, der auf dem Gebiet der Bildverarbeitung verwendet wird. Bei Messproblemen (bei der Signalverarbeitung) ist es jedoch korrekter, den in GOST R 8.714-2010 und GOST R verwendeten Begriff Antialiasing-Filter zu verwenden ISO 13373-2-2009.
In der Fachliteratur zu eingebauten Sigma-Delta-ADCs wird ein Anti-Aliasing-Filter häufig als externes analoges Hochfrequenz-Tiefpassfilter bezeichnet, während diese eingebauten ADCs in den Zonen häufig einen ausgeprägten Anti-Aliasing-Frequenzgang bieten Niederfrequenz.
Wenn in den Handbüchern der ADC 2-Module über das Vorhandensein eines Anti-Aliasing-Filters gesprochen wird, wird impliziert, dass das Modul einen entsprechenden Anti-Aliasing-Frequenzgang hat, der durch den Frequenzgang von bereitgestellt wird den gesamten Messpfad des Moduls unter Berücksichtigung des Frequenzgangs seines analogen Pfads, integrierter ADCs, digitaler Filter auf dem ADC-Modul (z. B. auf FPGAs) und Filtern auf der “höheren” Softwareebene, falls enthalten in der mitgelieferten Software.
Wir erwähnen auch mögliche Implementierungen externer Anti-Aliasing-Filter in Bezug auf AD-Module