Un factor important atunci când utilizăm filtre trece-jos sau trece-sus îl reprezintă locul unde le plasăm în calea semnalului. Înainte de apariţia procesoarelor şi controlerelor, toate filtrele erau analogice. Aceasta înseamnă că era mai înţelept să folosim hârtia şi creionul înainte de a ne apuca să construim un prototip. Orice încercare de a evita această etapă conducea de fiecare dată la obţinerea unui rebut. Sosirea filtrelor digitale a adus cu ele capabilitatea de a copia răspunsul în frecvenţă al oricărui filtru analogic. Mai mult, au adus facilitatea de a fi uşor reglabile cu ajutorul unui program intern – firmware.
Totuşi, filtrele digitale nu reprezintă soluţia corectă pentru toate problemele.
În multe cazuri, filtrele digitale înseamnă cea mai versatilă şi potrivită soluţie de filtrare. Totuşi, aproape orice circuit în care un semnal analogic este convertit pentru domeniul digital trebuie să conţină un filtru trece-jos analogic. Această regulă generală se aplică independent de tipul de convertor A/D folosit. Filtrul trebuie să fie întotdeauna plasat pe partea analogică, în faţa convertorului.
Acest filtru este necesar deoarece orice semnal analogic are frecvenţe parazite înalte şi joase. Teorema lui Nyquist ne spune că orice semnal are o probabilitate finită de a fi convertit cu precizie sau posibil contaminat astfel încât este important să filtrăm frecvenţele parazite înalte care pot cauza cele mai multe probleme în procesul de filtrare.
Amplitudinea oricărui semnal ce trece printr-un convertor A/D este uzual corect convertită atât timp cât frecvenţa sa se încadrează în lărgimea de bandă a nivelului de pe intrarea convertorului. Totuşi, acest lucru nu este adevărat pentru frecvenţele tuturor semnalelor. Frecvenţele mai mari de jumătate din frecvenţa de eşantionare a convertorului A/D sunt contaminate în punctul în care nu este posibil să se diferenţieze între semnalele din bandă şi din afara benzii de la ieşirea convertorului. Acest lucru este cunoscut drept “signal aliasing” şi este prezentat în figura 1.
Din figura 1 se observă clar că zgomotul şi semnalele nedorite pot fi permanent adăugate semnalului digital. Odată ce acest lucru s-a întâmplat, nu mai există nici o soluţie de corecţie a lor.
Filtrele necesare pot fi construite utilizând circuite analogice sau programe interne firmware. Avantajul oferit de realizarea acestor funcţii într-un controler sau procesor îl reprezintă posibilitatea implementării unei game largi de filtre ce pot fi foarte uşor ajustate. Domeniul include filtrele analogice tipice precum Butterworth, Bessel sau Elliptic, dar este de asemenea posibil să fie implementate filtre digitale precum FIR, IIR sau FFT. Un filtru FIR permite o reducere importantă a zgomotului din bandă. Acest nivel de reducere a zgomotului nu poate fi realizată cu un filtru analogic. Cu un filtru FFT este uşor de îndepărtat frecvenţele digitale nedorite. Acest lucru poate fi realizat cu un filtru analogic, dar ar exista un consum hardware foarte mare.
Deşi filtrele digitale oferă avantaje în multe aplicaţii, filtrele analogice au încă loc în calea semnalului.
de Bonnie C. Baker, Microchip Technology
Referinţe
Baker, Bonnie C, “Anti-aliasing, Analog Filters for Data Acquisition Systems”, AN699, Microchip Technology
Baker, Bonnie C, “Reading and Using Fast Fourier Transforms (FFT)”, AN681, Microchip Technology