ANTI-ALIASING FILTER, wat is het?

Een anti-aliasingfilter is een laagdoorlaatfilter (LPF) dat op de ADC-ingang wordt toegepast om de kwaliteit van de signaalbemonstering te verbeteren. Als F d de bemonsteringsfrequentie van de ADC is, dan is de afsnijfrequentie van het anti-alias laagdoorlaatfilter ongeveer gelijk aan de helft van 0,5 * F d. Het onderdrukken van signaalfrequenties boven de helft van de ADC-samplefrequentie elimineert het effect van aliasing op het signaal of, zoals het gewoonlijk wordt genoemd in de klassieke DSP-literatuur, elimineert het effect van aliasing. Anti-vouwfilter biedt feitelijk de spectrale getrouwheid van de ADC-conversie, met uitzondering van de zijtonen van de signaalconversie-artefacten (om correcte terminologie van toepassingen te gebruiken).

Figuur 1 toont een typische frequentierespons (in het frequentiebereik 0 tot F d) van een hoogwaardige audio-ADC. Hier wordt het signaal met de maximaal mogelijke amplitude voor een gegeven ADC-ingang genomen als nul decibel. Deze frequentierespons wordt geleverd door een meertraps systeem van digitale filters in de sigma-delta ADC-architectuur, werkend met een hoge modulatorfrequentie (vele malen hoger dan F d). In combinatie met digitale filters (indien aanwezig), worden analoge filters met een aanzienlijk lagere helling van de frequentierespons gebruikt om hoge frequenties in het ingangspad van de ADC te onderdrukken.

De ADC met anti-aliasingfilter wordt gebruikt in geluids-, akoestische en vibratietoepassingen, in die gebieden waar spectrale conversie-getrouwheid en maximale nauwkeurigheid van AC-metingen belangrijk zijn. Bij de bovenstaande frequentierespons van de omvormer is de hoogste conversiekwaliteit gegarandeerd als de effectieve frequentieband van het signaal met een kleine marge overeenkomt met de frequentieband 0 tot 0,5 * F d. In dit geval wordt het optimale bereikt in termen van signaal-ruis- en signaal-ruis-verhoudingen, zelfs omdat de spiegelconversiefrequenties worden onderdrukt (als onderdrukking van frequenties boven Fd is voorzien).

Bij vibrometrie, waar fasevertragingen worden gemeten, wordt een extra vereiste van lineariteit van de fasefrequentierespons opgelegd aan het gehele ADC-conversiepad, inclusief het anti-aliasingfilter.

In het systeem van lineaire termen – niet-lineaire effecten van het meetpad, kan worden gesteld dat het anti-aliasingfilter de invloed van de niet-lineaire effecten van de ADC-bemonstering drastisch vermindert, waardoor de bemonsteringsoperatie een transformatie wordt. bijna lineair (als we geen rekening houden met mogelijke niet-lineariteitsfactoren van verschillende aard, bijvoorbeeld mogelijke niet-lineariteit in de ADC-kwantiseringsniveaus).

Er kan echter niet worden aangevoerd dat de aanwezigheid van een anti-aliasingfilter in het ADC-conversiepad acceptabel is voor alle fysieke signaaldigitaliseringstaken. Een speciale stroboscoopmodus is bijvoorbeeld alleen mogelijk voor een ADC zonder een anti-aliasingfilter (bijvoorbeeld een SAR ADC), waarvoor de bovenste doorlaatbandfrequentie aanzienlijk hoger is dan de helft van de frequentie van bemonstering. Een ander voorbeeld: bij het digitaliseren van gepulseerde signalen met snelle dalingen met een signaalspectrumbreedte die de bandbreedte van een ADC met een anti-aliasingfilter overschrijdt, is een langdurig oscillerend karakter van de filterrespons op snelle signaaldalingen mogelijk, en dergelijke reacties zullen niet aanvaardbaar zijn voor alle problemen die worden opgelost.

Overweeg voor een juiste interpretatie van de term:

In de technische literatuur is er ook een fysiek vergelijkbare term voor anti-aliasing die wordt gebruikt op het gebied van beeldverwerking, maar voor meetkwesties (bij het verwerken van signalen) is het juister om de term anti-aliasingfilter te gebruiken die wordt gebruikt in GOST R 8.714-2010 en GOST R ISO 13373-2-2009.
In de technische literatuur over ingebouwde sigma-delta ADC’s wordt een anti-aliasingfilter vaak een extern hoogfrequent analoog laagdoorlaatfilter genoemd, terwijl deze ingebouwde ADC’s vaak een uitgesproken anti-aliasing frequentierespons in de zones bieden. lage frequentie.
Als in de handleidingen van de ADC 2-modules wordt gezegd over de aanwezigheid van een anti-aliasingfilter, dan wordt geïmpliceerd dat de module een overeenkomstige anti-aliasing frequentierespons heeft, die wordt geleverd door de frequentierespons van het volledige meetpad van de module, rekening houdend met de frequentierespons van het analoge pad, integrale ADC’s, digitale filters op de ADC-module (bijvoorbeeld op FPGA’s) en filters op het “hogere” softwareniveau, indien aanwezig in de meegeleverde software.
We noemen ook mogelijke implementaties van externe anti-aliasingfilters in relatie tot AD-modules