tag 标签: 滤波器

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  • 热度 1
    2024-3-20 16:45
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    低速 Δ-Σ ADC 通常需要一个简单的单极 RC 滤波器来减少混叠效应。对于差分信号,滤波器结构通常由两个滤波路径组成:一个差分滤波器(源自两个滤波器电阻 R FILTER 和差分电容器 C DIFF 的组合);和一个共模滤波器(源自一个滤波器电阻 R FILTER 和共模电容器 C CM 的组合)。这如图 1 所示。 图 1:低速 Δ-Σ ADC 的抗混叠滤波器结构 为了确定图 1 中每个组件的值,将分析分为三个部分会有所帮助: 差分滤波器截止频率应该是多少? 我应该选择多大阻值的滤波电阻器? 我应该选择多大容值的差分和共模电容器? 对于每个问题,ADS124S08(24 位、12 通道、4kSPS Δ-Σ ADC)将用作示例数据转换器,以帮助说明如何将这些设计原则付诸实践。 差分滤波器截止频率应该是多少? 抗混叠滤波器的目的是将频率内容保持在 ADC 调制器频率 (fMOD) 或附近,使其不再混叠回传通带,因为这些频率不会被数字滤波器本身拒绝。因此,请设置差分滤波器的 3dB 截止频率 fC-DIFF,使其比 fMOD 低 10 到 100 倍。这将分别导致 fMOD 周围出现 20dB 至 40dB 的频率抑制。所需的抑制量取决于系统的设计目标。如果您想了解有关抗混叠滤波器基础知识的更多信息,以及您应该关注调制器频率混叠的原因。 对于 ADS124S08,f MOD 为 f CLK /16,其中 f CLK 是主时钟频率,如图 2 所示。给定标称内部振荡器频率 4.096MHz 后,f MOD = 4.096MHz/16 = 256kHz。因此,对于这个特定的 ADC,可以选择 f C-DIFF = 2.56kHz 或 f C-DIFF = 25.6kHz,以分别获得 20dB 或 40dB 的抑制。此外,请确保 f C-DIFF 也大于数字滤波器的 -3dB 频率 f 3dB ,否则 RC 滤波器会影响数字滤波器特性。 图 2:ADS124S08 数字滤波器结构和调制器时钟 我应该选择多大阻值的滤波电阻器? 在图 1 所示的系统中,滤波电阻器也用作电流限制器。因此,该电阻器的尺寸可限制最大引脚输入电流 (I MAX ),如 ADC 的绝对最大额定值表所示。要确定此电阻上允许的压降,您需要在系统输入 (V OV ) 上看到预期过压条件以及 ADC 集成 ESD 保护二极管 (V ESD ) 的接通电压。然后,您可以使用以下公式来求解电阻器值 R FILTER : R FILTER (V OV – V ESD )/I MAX 对于 ADS124S08,I MAX 为 10mA。如图 3 所示,当输入电压超过模拟电源 300mV 时,ADS124S08 的 ESD 二极管会导通。 图 3:ADS124S08 的 ESD 信息 如果您假设 AVDD = 5V,并且预期的最大过压条件 V OV 为 20V,那么您现在可以获得确定 R FILTER 最小阻值所需的全部信息: V OV = 20V V ESD = AVDD + 0.3V = 5.3V I MAX = 10mA R FILTER (V OV – V ESD )/I MAX = (20V – 5.3V)/10mA = 1,470 Ω 请注意,在给定系统参数的情况下,这是电阻器可用于限制进入 ADC 引脚的电流的绝对最小值。妥善做法是在计算电阻器阻值时,允许过压条件和最大电流有一定的裕量。这可确保提供更强大的保护电路,以适应任何潜在的系统变化。例如、您可以假设 V OV 的容差为 10%,I MAX 的容差为 30%: V OV = V OV x 1.1 = 22V V ESD = AVDD + 0.3V = 5.3V I MAX = I MAX x 0.7 = 7mA R FILTER (V OV – V ESD )/I MAX = (22V – 5.3V)/7mA = 2,386Ω 计算适当的电阻值后,选择一个等于或大于该值的标准电阻器。 我应该选择多大容值的差分和共模电容器? 由于您已经确定了滤波器截止值和电阻器阻值,因此可以使用以下公式来确定差分滤波器 C DIFF 的电容器容值: C DIFF = 1/ 然后选择共模电容器 C CM ,使其比 C DIFF 小 10 到 20 倍,这样: C CM = C DIFF /10 给定之前确定的 R FILTER 和 f C-DIFF 值后,您可以按如下所示计算电容器值: C DIFF = 1/ = 1/ = 21nF C CM = C DIFF /10 = 21nF/10 = 2.1nF 来源:digikey.cn
  • 热度 3
    2024-1-3 01:34
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    《控制之美(卷2)》+心得体会
    非常荣欣参加了这次《 控制之美(卷 2 ) 》试读体验活动,同时非常感谢面包板论坛举办此活动。本书印刷还是非常新颖,具有精美漫画。下图为图书正面和反面。 本书开篇先从天舟六号货运飞船谈起, 2023 年 5 月 10 日 21 时 22 分,搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭,在海南文昌航天发射场点火发射,约 10 分钟后,船箭成功分离并进入预定轨道。这位世界现役运输能力最大的 “ 快递小哥 ” 携带着 7.4 吨的货物通过自主远距离的导引以及近距离的自主控制从 200km 的近地轨道运行到 393km 的空间站轨道上。在距离空间站 5km 、 400m 、 200m 、 19m 的 4 个停靠点上逐步地修正与空间站的相对位置和姿态,最终在 5 月 11 日 5 时 16 分与天宫空间站成功对接。 空间交会对接犹如万里穿针,整个过程中涉及的技术和工程都无比复杂。长征七号运载火箭的发射,天舟六号货运飞船的轨道进入,以及与天宫空间站的精准对接,所有这些步骤都需要精准的控制和精确的状态估计。这些过程的背后是控制理论的深入应用,这是一个跨学科的领域,不仅包含了数学和物理,还包含了计算机科学和工程技术。控制理论提供了一种思维方式,同时作为一种强大的工具让我们能够理解和控制复杂的系统。 之后引出,控制理论的应用已经深入到我们生活的方方面面。无论是让电梯平稳地运行,还是调节空调的温度和湿度,或者是驾驶汽车进行定速巡航或前车跟随,以及让工厂的生产线有序进行,都离不开控制理论的应用。对于这些系统的控制,我们不仅关心它们能不能安全正常地运行,更关心它们的运行是否高效,以及是否达到了效率和能耗的最优,由此我们引入最优控制理论。最优控制不仅关心如何使系统保持稳定,更关心如何在保证稳定的同时,使系统的某些性能指标达到最优。而在系统的状态不直接可观的情况下,状态估计算法就显得尤为重要,它能够在噪声的影响下,准确地估计系统的状态。最优控制理论与状态估计算法的结合为控制器设计和应用提供了一套强大的工具。 本书的内容与特点 本书全面而深入地介绍了最优控制和卡尔曼滤波器的复杂理论和技术。对于每一个知识点,本书都提供了形象生动的实例来帮助读者理解。此外,为了贯穿整本书,作者精心设计了一系列案例,以展示如何根据控制需求以及实际情况运用不同的理论和方法,并着重讨论了每个方法、工具的优点与不足,这也是本书与其他专著的不同之处。本书不仅将各个知识点单独呈现,还尽力通过实例将它们串联起来,例如针对同一个动态系统分析不同的控制器产生的不同效果,使读者得以洞察这些理论如何在实际问题中发挥作用,做到举一反三。 本书的章节主要内容。第 2 章将深人数学基础,探讨最优控制理论和卡尔曼滤波器所需的关键知识,涵盖状态空间方程求解、系统离散化以及矩阵求导等内容。第 3 章将解析最优控制的基本概念,包括性能指标(代价函数)的构成及最优控制问题的分类。第 4 章将聚焦动态规划与线性二次型调节器 (LQR) 。动态规划是一种将控制问题转化为递归最优化问题的基础方法,以此寻找最佳策略;而 LQR 则是一种高效且强大的线性系统最优控制方法。第 5 章专注于模型预测控制 (MPC), 它是一种依赖系统模型预测未来行为并优化控制序列以实现最佳性能的方法。 MPC 在多变量和存在约束条件的控制问题中,展现出优异的性能。第 6 章将详细讲解卡尔曼滤波器,这是一种融合系统模型和测量数据以提供最佳系统状态估计的算法,其在控制系统中的应用广泛且重要。 在使用本书时,请读者重视附带的代码资源,因为最优控制与卡尔曼滤波器多用于数字控制,涉及大量的矩阵运算,在实际应用中也离不开编程。在本书中,我们提供了 8 个最优控制与卡尔曼滤波器的基础模块,这些模块可实现系统的实时控制与轨迹追踪;并包含 27 个由这些基础模块组成的完整系统仿真,对应于书中的每一个案例。每一行代码都有详细的注释说明,以帮助读者深入理解程序代码的实现过程。为方便读者使用,所有代码都使用开源软件 Octave 编写,这款软件的语法与 MATLAB 完全一致,基本可以实现无缝对接。最后,希望本书可以作为一个 “ 利器 ” ,帮助读者拓展思路,深入理解最优控制和卡尔曼滤波器理论。同时,也建议读者尝试将本书的理论知识用于实践操作,做到理论与实践的完整结合。 最后书附录还有代码汇总与说明,有代码下载二维码以及代码说明表格。 总之,本书是一本围绕最优控制理论展开的实用指南,以深入浅出的方式介绍了最优控制理论、动态规划、线性二次型调节器 (LQR) 、模型预测控制 (MPC) 和卡尔曼滤波器以及它们之间的联系,并展示了它们在综合应用中的使用方法与技巧。本书旨在为读者提供全面而直观的学习资源,同时将这些概念有机地应用于实际控制问题。通过书中丰富的例子和详细的代码,读者可以直接实践和验证所学内容,从而深化对这些理论的理解。 本书的适合为自动化类专业的本科生和研究生以及相关领域的科研人员阅读。
  • 热度 2
    2023-10-23 09:51
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    采样率 CSM的ADMM、THMM、PTMM等模块的产品文档中都列出了两种采样速率,本文档以ADMM8 pro为例进行解释。图 1为 ADMM 8 pro 产品文档中列出的采样率,第一种为 Internal sample rate,该采样率称为内部采样率;另一种为 Measurement data rate,该采样率称为测量速率。 图 1 图 2 内部采样率为数采设备对输入的模拟量信号采样频率。如图 2,连续的模拟量信号在通过采样后以离散信号的方式作为结果。 该采样结果在数采中会经过 AD 转换、软件滤波等过程后通过 MCU 组织为 CAN 报文发送到总线中。最终的信号数值通过 CAN 总线发送时的周期即为测量周期(即 CAN 报文发送周期)。 滤波 CSM 的ADMM、THMM、PTMM 等模块的产品文档滤波方式也同样分为两种,本文档以 ADMM 8 pro 为例进行解释。一种为 HW input filter 即硬件滤波,另一种为软件滤波 SW input filter。 图 3 两种滤波方式 硬件滤波为设备固有特性是无法通过设置更改的,该滤波方式通过硬件设备的电容、电杆等电子元器件完成,为低通滤波器。理论上讲原始的被采用信号的带宽是无限的,但实际上其中大量的高频信号属于噪声或者无效信号,同时由于 AD 转换器所能处理的信号带宽是有限的,因此为了采集特定频率内的信号需要进行低通滤波。滤波后的模拟量会经过 AD 转换器转化为数字量信号。其处理流程见图 4. 图 4 信号处理过程 通过 AD 转换后的数字信号为离散信号,该信号可以通过数采设备中的 MCU 进行数字滤波处理。该滤波过程由于是通过处理器的软件算法实现因而称为软件滤波,软件滤波的截至频率/周期可在配置软件 CSMconfig 中对设备进行设置。 图 5 软件滤波设置 软件滤波分为两种方法,一类为平均滤波法,另一类为Butterworth 滤波法。平均滤波以 10ms average 为例,即将 10ms 内通过内部采样(10kHz)得到的 100 个点求平均值,然后按照测量频率以 CAN 报文发送到总线上。 图 6 Butterworth 滤波器副频响应特性 Butterworth 滤波器副频响应特性图见图 6。该滤波器主要特性为截至频率,超过截止频率的部分将被滤除(振幅衰减以抑制高频部分)。通过配置软件的设置可以仅获取所需要的特定频率以内的信号。
  • 热度 1
    2023-10-18 16:02
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    射频 微波通信 可利用不同波段,服务于各类应用。例如,广播、航空通信和无线电通常采用VHF和UHF波段;雷达系统则倾向于L波段和S波段;卫星通信主要依赖C波段、X波段和Ku波段;高速数据传输和雷达应用则常常依赖于Ka波段和毫米波波段。选择特定的波段需要综合考量多种因素,包括通信范围、传输带宽、天线尺寸、频谱规定以及特定系统的要求。一般来说,高频波段能提供更高的数据传输速率,但在传播范围和穿透能力上可能存在局限。因此,波段的选择需权衡各种因素,以适应特定的应用需求。 射频微波技术在各种领域都发挥了关键作用。以下是一些主要的应用领域: 通信系统:射频微波技术在手机、卫星通信、广播、Wi-Fi、蜂窝通信和通信基站等领域扮演着重要角色,用于数据传输、语音通信和互联网接入。 雷达系统:雷达系统利用射频微波技术探测、跟踪和识别目标,应用于民用和军事领域,如气象雷达、空中交通管制雷达和导弹防御雷达。 医疗成像:核磁共振成像(MRI)和计算机断层扫描(CT扫描)等医疗设备利用射频微波技术生成高质量的内部身体图像。 卫星通信:卫星通信系统利用射频微波技术在地面站和卫星之间传输数据和通信信号,实现全球通信覆盖。 军事和国防:射频微波技术在军事通信、电子对抗、侦察以及导弹防御等领域得到广泛应用,以支持军事行动和国家安全。 航空航天:航空和航天领域利用射频微波技术执行导航、通信、雷达以及无人机控制等任务。 物联网(IoT):物联网设备和传感器利用射频微波技术进行数据传输和远程监控,实现智能城市、智能家居以及工业自动化等应用。 射频识别(RFID):RFID技术借助射频微波信号追踪物品、管理库存以及实现身份验证,用于零售、物流以及供应链管理。 能源传输:射频微波技术在无线充电和远程能量传输中应用广泛,例如电动汽车充电和传感器供电。 科学研究:射频微波技术在天文学、物理学以及地球科学等领域用于数据收集和实验研究。 以上仅是射频微波技术的一些主要应用领域,其应用远不止于此。在当今社会,射频微波技术在通信、科学、医疗、国防、工业等诸多方面发挥着举足轻重的作用。 在射频微波器件封装中,陶瓷基板的优势明显。特别是在高频射频应用中,斯利通陶瓷基板具有以下优点: 低损耗:陶瓷材料通常具有较低的介电损耗,这意味着它们能有效降低射频信号在器件内部的能量损失。这对于高频射频应用尤为重要,因为信号传输的损耗应尽可能小。 稳定性:陶瓷材料在不同温度和湿度条件下通常具有较好的稳定性。这使得陶瓷封装适用于需要在不同环境条件下工作的应用,如航空航天和军事系统。 高频支持:陶瓷基板能够支持高频射频信号的传输,因为它们在高频范围内表现良好,有助于减少信号的衰减和失真。 机械强度:陶瓷通常具有较高的机械强度和硬度,这使得它们能够保护内部器件免受物理损坏。这在要求耐用性的应用中尤其有价值。 尺寸稳定性:陶瓷基板在温度变化下通常具有较低的线膨胀系数,这意味着它们的尺寸相对稳定。这有助于确保器件的性能在不同温度条件下保持一致。 高绝缘性:陶瓷通常具有较高的绝缘性能,能够有效隔离器件内部的电路。这对于防止信号串扰和交叉耦合非常有帮助。 耐化学性:陶瓷通常对化学腐蚀和溶剂具有一定的抵抗力,有助于延长器件的寿命。 高频滤波:陶瓷基板可以用于制造射频滤波器,有选择性地传输或阻止特定频率. 低损耗和高频率特性:陶瓷材料通常具有较低的介电损耗,这意味着它们能够在高频率范围内传输信号而减少能量损失。这使陶瓷封装基板特别适合射频微波应用,因为它们支持高频率信号的传输。 随着技术的不断发展,器件封装正经历着集成化和微型化的趋势。利用斯利通DPC 陶瓷封装基板 的精密线路制造工艺现可以实现更复杂的线路设计和微型化制造。这一趋势为射频微波技术带来了许多优势,包括更高的性能、更紧凑的封装尺寸以及更广泛的应用领域.
  • 热度 2
    2023-10-16 15:19
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    一文读懂射频与微波的区别
    射频(Radio Frequency,RF)和微波(Microwave)是电磁波的两种特定频率范围,它们在许多方面有相似之处,但也有一些显著的区别: 频率范围: 射频:射频波通常覆盖了从几千赫兹(kHz)到数吉赫兹(GHz)的频率范围。这包括AM和FM广播、无线电通信、无线局域网(Wi-Fi)、蓝牙等。射频波的频率较低,波长较长。 微波:微波波段通常指的是1千兆赫兹(GHz)到300千兆赫兹(GHz)之间的频率范围。微波通常用于雷达、卫星通信、微波炉、无线电波束传输等高频率应用。微波波段的频率较高,波长较短。 波长: 射频:射频波的波长通常大于1米,这使它们在传播时能够绕过一些物体和遮挡物,适用于远距离通信。 微波:微波波段的波长通常在1毫米到1米之间,波长较短,因此它们更容易受到障碍物的阻挡和大气吸收的影响,适用于较短距离的高频率通信和精密测量。 应用领域: 射频:射频技术广泛应用于广播电视、AM和FM广播、手机通信、近距离通信(如NFC),以及RF识别(RFID)等领域。 微波:微波技术广泛应用于雷达系统、卫星通信、微波通信、微波炉、天文观测、微波数据链路等高频率应用。微波的高频率使其在高精度测量和数据传输中具有优势。 传播特性: 射频:射频信号在大气中传播时通常受到较少的吸收和散射,因此能够较远距离传播。这使得射频通信在长距离通信中非常有效。 微波:微波信号在大气中容易受到吸收和散射的影响,这导致了其在大气透明窗口内的传播,但在其他频率范围内受到干扰。这也限制了微波通信的传输距离。 总的来说,射频和微波都是电磁波,它们的主要区别在于频率范围、波长、应用领域和传播特性。这些差异使它们适用于不同类型的通信和应用需求。 射频微波的器件有哪些? 射频微波技术涉及到各种不同类型的器件,这些器件用于生成、传输、接收和处理射频微波信号。以下是一些常见的射频微波器件: 射频天线:射频天线用于发射和接收射频信号。它们来自各种形状和类型,包括偶极天线、单极天线、方向天线、扫描天线等。 射频放大器:射频放大器用于增加射频信号的幅度。它们可以是放大器模块、晶体管放大器、功率放大器等。 射频滤波器:射频滤波器用于选择性地通过或拒绝特定频率范围内的信号。它们有带通滤波器、带阻滤波器等类型。 射频混频器:射频混频器用于将两个或多个不同频率的信号混合在一起,以产生新的频率组件。这在频谱分析和频率转换中很有用。 射频开关:射频开关用于在电路中切换信号路径,以实现连接和断开。它们通常用于射频前端模块的切换和控制。 射频功率分配器和耦合器:这些器件用于将射频信号分配到多个路径或合并来自多个路径的信号。 射频调制器和解调器:射频调制器用于将基带信号调制到射频载波上,而射频解调器用于从射频信号中提取基带信号。 射频振荡器:射频振荡器用于产生稳定的射频信号,通常作为时钟信号或局部振荡器在接收器和发射器中使用。 射频传输线:这包括微带线、同轴电缆、波导等,用于将射频信号从一个地方传输到另一个地方。 射频集成电路(RFIC):RFIC是专门设计用于射频应用的集成电路,包括射频放大器、混频器、滤波器和其他功能。 这些器件在射频微波系统中起着关键作用,它们通常需要精确的设计和调整,以确保系统性能的优良。不同的应用需要不同类型的器件,以满足其特定的要求。
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