Użyj dwóch kanałów ADC, aby zwiększyć rozdzielczość

12

Muszę uchwycić przebieg sygnału o niskiej amplitudzie, który znajduje się na składowej wolnozmiennej, o wyższej amplitudzie. Zastanawiam się nad użyciem ADC z dwoma kanałami, a jeden z nich zasilam filtrowaną dolnoprzepustową wersją sygnału, a drugą wzmocnioną, filtrowaną górnoprzepustowo wersją sygnału. Zwiększy to pozorną rozdzielczość mojego ADC. Czy się mylę? Czy możesz przewidzieć z tym jakieś problemy?

Zapomniałem powiedzieć, że muszę również uchwycić komponent niskiej częstotliwości (algorytm potrzebuje średniej wartości sygnału).

Składnik „wysokiej” częstotliwości wynosi od 0,01 herca do 10 herca. Składowa niskiej częstotliwości jest głównie średnią wartością sygnału, ale może się zmieniać powoli. Szybko zmieniający się komponent może mieć amplitudę 100 razy mniejszą niż maksymalna wartość średnia. Mikrokontroler, którego użyjemy, ma 12-bitowy ADC (nie mogę tego zmienić), ale z wieloma kanałami.

adc DanW
źródło
2
Twoje wymagania się zmieniają, co utrudnia udzielenie dobrych odpowiedzi. Powiedz nam, jakie są zakresy częstotliwości i amplitudy dwóch sygnałów, oraz przy jakiej rozdzielczości lub stosunku sygnału do szumu musisz zmierzyć każdy sygnał.
Olin Lathrop,
2
Realted: Jeśli spróbujesz rozszerzyć ADC kaskadowo, tak aby drugi mierzył 1-bitowy zakres większego, to accyracy pierwszy musi być tak dobry jak cały wynik. np. po 8-bitowym ADC następuje 8-bitowy ADC, który ma zakres jednego bitu oryginału, wówczas DOKŁADNOŚĆ ADC wysokiego rzędu musi wynosić 16 bitów, nawet jeśli jego rozdzielczość wynosi tylko 8 bitów.
Russell McMahon,
5
@OlinLathrop - Jego wymagania się nie zmieniają, wyjaśnia pytanie w oparciu o opinie. Jest to normalne, szczególnie dla nowego użytkownika.
Rocketmagnet
Kiedy mówisz, że składnik o niskiej częstotliwości zmienia się „powoli”, czy możesz być bardziej szczegółowy? 0,1 Hz byłoby normalnie uważane za „wolne”, ale oddzielenie od komponentu wysokiej częstotliwości 0,01–10 Hz będzie trudne (niemożliwe?).
Photon,
Ponieważ odmawiasz współpracy, pozostaje ci tylko zamknąć pytanie. Zadałem kilka konkretnych punktów, na które nie wszyscy odpowiedzieliście. Niska częstotliwość będąca „średnią” i zmieniająca się „powoli” wciąż nic nam nie mówi. Inne całkowicie zignorowałeś. Musisz odpowiedzieć na WSZYSTKIE pytania, a nie tylko to, jak się czujesz lub co uważasz za istotne. Nie jesteś w stanie ocenić, co jest istotne. To granie w „20 pytań” jest krzepiące.
Olin Lathrop,

Odpowiedzi:

4

To bardzo dobry pomysł. W BioTac czujniki dotykowe z Syntouch zrobić to bardzo samo. Mają w sobie czujnik ciśnienia, który wychwytuje zarówno część sygnału o niskiej częstotliwości przy około 50 sps, jak i komponenty o wysokiej częstotliwości wzmacniane i próbkowane przy 2000 sps. To działa pięknie.

Nie wiem jednak, czy można połączyć te dwa sygnały, aby uzyskać wyższą rozdzielczość, czyli więcej bitów. Możesz być w stanie z pewnym sprytnym przetwarzaniem sygnału, ale nie byłoby to trywialne.

Innym sposobem na zwiększenie rozdzielczości ADC jest oversampling . Jeśli weźmiesz 16 12-bitowych próbek (i zakładając, że jest co najmniej jeden LSB szumu), naprawdę zwiększyłeś efektywną rozdzielczość.

Rocketmagnet
źródło
4

Być może mógłbyś wprowadzić nieprzetworzony przebieg do 1 kanału ADC, a następnie użyć przetwornika cyfrowo-analogowego kontrolowanego przez mikrokontroler (lub cokolwiek, co obsługuje algorytm), aby odjąć składową niskiej częstotliwości, a następnie wzmocnić sygnał resztkowy do drugiego kanału ADC. DAC może być nawet przetwornikiem typu delta-sigma.

Myślę, że dałoby to lepsze wyniki niż w przypadku użycia analogowego filtra górnoprzepustowego, ponieważ funkcja przenoszenia surowego sygnału wejściowego na drugi kanał byłaby łatwiej scharakteryzowana, gdyby była wykonana cyfrowo, w porównaniu z nieznaną (i potencjalnie zmieniającą się) funkcją przesyłania dla analog.

Ale trudno powiedzieć bez znajomości zawartości częstotliwości i innych wymagań.

Jason S.
źródło
2

To nie ma większego sensu. Ponieważ najwyraźniej zależy ci tylko na wysokich częstotliwościach, dlaczego nie po prostu przedstawić filtrowany sygnał górnoprzepustowy A / D? Nic w twoim opisie nie wyjaśnia, dlaczego chcesz spojrzeć na sygnał niskiej częstotliwości. Umieszczenie tego w A / D nie przyniesie nic pożytecznego.

Jeśli dwie częstotliwości są wystarczająco blisko siebie, tak że ich rozdzielenie byłoby trudne w sprzęcie, wówczas można umieścić sygnał kompasu w A / D i filtrować cyfrowo. Jednak A / D musiałby mieć wystarczającą rozdzielczość dla małego sygnału, a jednocześnie mieć zasięg dla dużego wolnego sygnału i próbkować wystarczająco szybko, aby właściwie reprezentować szybki sygnał. To może nie być możliwe.

Możemy zaproponować coś bardziej konkretnego, jeśli podasz dane dotyczące amplitudy i zakresu częstotliwości dwóch sygnałów oraz jakiej rozdzielczości lub stosunku sygnału do szumu potrzebujesz zmierzyć szybki sygnał.

Olin Lathrop
źródło
Przepraszam, zapomniałem powiedzieć, że muszę również uchwycić komponent niskiej częstotliwości.
DanW
@DanW - Możesz edytować swoje pytanie, aby dodać ten punkt.
Rocketmagnet
0

Zastosuj kilka filtrów pasmowoprzepustowych o stałym wzmocnieniu, dostosowanych do częstotliwości środkowej każdego z dwóch sygnałów składowych. Podaj każdy oddzielny sygnał do własnego ADC. Voila ... Praca wykonana.

Numer inżyniera 1
źródło