Cómo funciona la calculadora de filtro antialiasing
Un ADC muestrea su entrada en instantes discretos. Todo lo que hay en la señal por encima de la mitad de la frecuencia de muestreo, la frecuencia de Nyquist, no se pierde: se pliega dentro de la banda medida como una falsa componente de baja frecuencia. Un filtro ante el ADC debe eliminarlo antes del muestreo. El más sencillo es una resistencia y un condensador, a menudo ante la entrada del ADC o en los bornes de un sensor.
La calculadora toma R y C, o R y la frecuencia de corte, y muestra la frecuencia de −3 dB, la atenuación a la frecuencia de Nyquist frente a lo que exige ½ LSB, el tiempo de establecimiento tras un escalón y el retardo. Admite hasta cuatro etapas iguales separadas por buffers.
Cuánta atenuación basta
Para que una señal a fondo de escala a la frecuencia de Nyquist quede por debajo de ½ LSB, el filtro debe atenuarla 20 log(2^−(N+1)): 78 dB para 12 bits, 102 dB para 16 bits. Una sola etapa RC cae 20 dB por década por encima de su corte; con un corte de 1,6 kHz y muestreo a 10 kHz solo alcanza 10 dB a 5 kHz. La calculadora indica lo que falta.
En la práctica, la interferencia real a la frecuencia de Nyquist rara vez es de fondo de escala, y la mayoría de los diseños combina un filtro RC sencillo con sobremuestreo y un filtro digital tras el ADC. La cifra muestra qué parte del trabajo hace el filtro analógico.
Tiempo de establecimiento
Tras un escalón en la entrada, la salida del filtro se acerca al nuevo valor de forma exponencial. Para quedar dentro de ½ LSB una etapa necesita (N + 1) ln 2 constantes de tiempo: 9 τ para 12 bits, 11,8 τ para 16 bits. Importa cuando el ADC se multiplexa entre canales, cuando la entrada da un salto o cuando la fuente se enciende justo antes de medir. Una señal filtrada y muestreada de forma continua solo se retrasa.
Pérdida de señal y fase
El filtro también atenúa la señal que interesa. A una décima de la frecuencia de corte la pérdida es del 0,5 %; en el corte, del 29 %. Introduzca la frecuencia de la señal para ver la pérdida de amplitud y el desfase, y una frecuencia de interferencia, como la red de 50 o 60 Hz, para ver cuánto queda de ella.
Lo que el cálculo deja fuera
Las etapas conectadas directamente sin buffer se cargan entre sí, lo que baja el corte y cambia la respuesta. El condensador de muestreo del ADC toma una carga en cada conversión, y el condensador del filtro debe ser lo bastante grande para aportarla sin un salto; la hoja de datos del ADC indica la impedancia de fuente máxima. La calculadora de resolución de ADC muestra cuántos códigos usa el span del sensor.
Preguntas frecuentes
¿Por qué no elegir un corte muy bajo?
Un corte bajo elimina más interferencia, pero también ralentiza la respuesta, retrasa la señal y reduce la amplitud de los cambios rápidos. Elija el corte por el cambio más rápido que necesite ver y luego suba la frecuencia de muestreo hasta que la atenuación en Nyquist baste.
¿Son mejores dos etapas RC que una?
Dos etapas caen 40 dB por década en lugar de 20, así que atenúan mucho más en Nyquist. Su frecuencia de −3 dB es 0,64 veces el corte de cada etapa, y se establecen más despacio.
¿Necesitan este filtro los ADC sigma-delta?
Mucho menos. Un convertidor sigma-delta muestrea muy por encima de su tasa de datos de salida y filtra de forma digital, así que suele bastar un RC sencillo con un corte muy por encima de la banda. Revise el filtro de entrada que recomienda la hoja de datos.