Sumber suku cadang untuk filter frekuensi Sungguh, Sungguh rendah

8

Saya sedang melakukan proyek di tempat kerja yang memiliki beberapa persyaratan esoterik, terutama untuk 0,1 Hz (0,07 Hz benar-benar, karena keterbatasan ketersediaan bagian) Highpass filter (dalam sistem akuisisi data).

Saat ini, saya menggunakan 22uF film cap, dan 100K resistor, dan seluruh urusan bekerja dengan sangat baik. Namun, tutup film ini sangat besar (1.240 "L x 0.532" W), dan PCB yang dihasilkan benar-benar sangat besar (ada banyak saluran).
Saya benar-benar tidak ingin pergi terlalu tinggi untuk R di filter, karena itu akan menjadi op-amp. Dengan sistem yang ada (OP27, perlu lutut 1 / f sangat rendah), + -10nA arus bias, Anda mendapatkan atau 1mV offset karena arus bias . 10∗10−9A∗100,000Ω=0.001V,

WIMA digunakan untuk memproduksi beberapa tutup film 22uF 16V yang ringkas , tetapi mereka telah MENDAPATKAN mereka tanpa penggantian.

Sayangnya, aplikasi ini agak ekstrem. Tutupnya harus mampu menangani suhu yang sangat rendah, dan vakum keras, yang saya pikir berarti elektrolitik sudah keluar.

Apakah ada yang memproduksi film besar, tegangan rendah (tegangan yang dimaksud adalah + -5V, tidak ada yang besar)? Atau, apakah ada yang tahu bagaimana tarif elektrolitik dalam ruang hampa?

capacitor gyrator Connor Wolf
sumber
1
Apa bandwidth, apa roll-off yang diperlukan di bawah 0,1Hz, riak passband yang diijinkan?
stevenvh
1
suhu rendah + vakum keras = aplikasi ruang?
stevenvh
@stevenvh - Stratosphere / Mesosphere, jadi ... agak?
Connor Wolf
Roll-off yang diinginkan adalah 6db / oktaf atau lebih baik, tidak penting. Riak passband yang diijinkan sesedikit mungkin.
Connor Wolf

Jawaban:

7

Saya lupa teknik analog dan menggunakan DSP. Pada 0,1 Hz hampir semua MCU dapat digunakan, tapi saya akan menggunakan dsPIC karena saya memiliki utilitas desain filter MDS dsPIC. Sebenarnya menulis kode untuk saya. Ini akan lebih murah, lebih kecil, dan beroperasi dalam ruang hampa tanpa masalah.

Leon Heller
sumber
Anda dapat mengalami masalah akurasi yang signifikan dengan koefisien bi-quad ketika frekuensi sudut sangat dekat dengan nol kecuali jika Anda menurunkan laju pengambilan sampel.
Tandai
Bukan opsi yang layak. Kami sedang melihat sinyal AC yang sangat kecil, yang dimodulasi menjadi sinyal DC variabel yang sangat besar. Ada kenaikan 100-1000 setelah melewati untuk membuat sinyal cukup besar untuk diproses oleh sistem akuisisi data.
Connor Wolf
Pada dasarnya saya perlu filter untuk membiarkan saya melakukan hal-hal DSP pada output filter.
Connor Wolf
5

Kenapa harus topi film? Kenapa bukan keramik? Saya bukan ahli dalam vakum, tapi saya pikir mereka harus bisa menangani itu dengan baik.

Menurut perhitungan saya, Anda hanya perlu 16 μF dengan 100 kΩ untuk mendapatkan rolloff 100 mHz. Dalam beberapa kasus, beberapa keramik 10 µF 20V yang paralel dengan dielektrik yang baik akan berfungsi. Menggunakannya pada sebagian kecil dari rentang voltase membuat kapasitansi tetap konstan.

Olin Lathrop
sumber
Ini benar-benar filter 0,07234 Hz. Spesifikasi desain adalah 0,1 Hz, tetapi tutup film yang tersedia menguranginya menjadi 10uF atau 22uF.
Connor Wolf
3
@ Palsu: Caps tidak seakurat itu. Tidak ada cara Anda akan memaku frekuensi rolloff ke 4 digit! Kedua nilai Anda hanya terpisah 1/2 oktaf, yang tidak mengubah jawaban. Jadi adakah alasan mengapa Anda tidak bisa menggunakan topi keramik? Mereka akan kecil dan murah.
Olin Lathrop
Saya benar-benar harus meletakkan "~" di depan frekuensi. Hanya menyapu hal untuk mengkonfirmasi pekerjaan filter membutuhkan waktu lama. Saya tidak ingin harus mengukur lutut dengan akurat. Butuh berjam-jam !.
Connor Wolf
3

Alih-alih menggunakan filter highpass RC, mengapa tidak menggunakan filter highpass RL - tetapi alih-alih menggunakan induktor nyata gunakan gyrator induktansi. Anda dapat menggunakan komponen aktif (dan beberapa kapasitor yang jauh lebih kecil) untuk mensimulasikan induktor besar yang terhubung ke ground untuk memberi Anda titik cutoff frekuensi rendah, dan itu akan menghemat banyak ruang papan dan masalah lain dalam menggunakan kapasitor besar. Berikut beberapa catatan tentang gyrator .

Sunting: Ini adalah desain filter RL gyrator untuk frekuensi cutoff 0,1 Hz, menggunakan 2 opamps, resistor, dan kapasitor 0,1uF untuk mensimulasikan induktor 1000 H. Desain gyrator didasarkan pada yang di sini oleh Jim Thompson.

Bitrex
sumber
Hmmmm. Apa perbedaan fungsional antara gyrator lowpass dan RC lowpass?
Connor Wolf
1
@Fake Name Highpass atau lowpass, selama sinyal input berada dalam bandwidth dan rentang tegangan input dari opamps yang digunakan dalam gyrator pada dasarnya tidak ada banyak perbedaan fungsional. Induktor simulasi tidak dapat menyimpan energi, atau membuat EMF kembali, tetapi untuk filter ini tidak benar-benar masalah.
Bitrex
Untuk melakukan filter lowpass gyrator, orang akan memerlukan gyrator mengambang atau "resistor negatif yang tergantung secara fungsional." Sebenarnya lebih sedikit komponen untuk melakukan filter highpass karena induktor yang disimulasikan dibumikan.
Bitrex
@Fake Name Sepintas kedua sirkuit gyrator yang saya posting sebelumnya mungkin bukan solusi terbaik untuk menyaring 1 / f noise - ini berfungsi dengan baik untuk sinyal kecil tapi amplitudo tinggi, pulsa frekuensi sangat rendah akan menyebabkan U2 ke rail dan filter menang ' t berperilaku baik. Nilai komponen harus disesuaikan berdasarkan kunjungan tegangan input maksimum.
Bitrex
3

Banyak mesin EKG dan EEG memiliki "sinyal AC yang sangat kecil, yang dimodulasi menjadi variabel yang sangat besar, (lambat)" sinyal dekat-DC yang tidak diinginkan - "pengembara garis dasar". Karena detak jantung dapat turun hingga 40 Hz, kami biasanya menginginkan jalan layang fase-linear untuk memotong segala sesuatu di bawah sekitar 0,5 Hz. a b

Mungkin Anda bisa menggunakan teknik yang sama yang mereka gunakan untuk filter highpass mereka:

  • Servo loop: Alih-alih meneruskan sinyal melalui kapasitor filter RC pasif high-pass, mereka menggunakan filter aktif yang mengintegrasikan komponen DC dan mengurangi itu dari sinyal ("loop servo"). Sebuah lowpass filter aktif entah bagaimana tweak rantai sinyal utama untuk menghasilkan efek highpass. Pemahaman saya adalah bahwa pendekatan ini dapat ditingkatkan ke resistensi yang sangat tinggi - katakanlah, 10 MOhm dan 1 uF untuk mendapatkan frekuensi sudut lulus-tinggi 0,015 Hz - tanpa suara yang biasanya disebabkan oleh nilai resistansi tinggi tersebut.

  • penyaringan digital: beberapa orang mengatakan bahwa pengembaraan awal lebih mudah disaring dalam perangkat lunak daripada dalam perangkat keras. a b c

Orang-orang Imac Engineering mengklaim mereka memiliki frekuensi sudut hipass 0,03 Hz. (Lihat halaman "Simulasi Filter Highpass" - bagaimana cara saya menautkan langsung ke halaman itu?)

The INA322 datasheet pada Gambar. 9 "Sederhana EKG Circuit untuk Aplikasi Medis" menggunakan loop servo mengemudi input REF untuk menghasilkan efek highpass.

Gambar 37 dari lembar data INA333 memiliki loop servo lain.

Gambar 69 dari datasheet AD8420 memiliki loop servo lain: 0,5 Hz high-pass.

Gambar 70 dari lembar data AD8295 memiliki loop servo lain.

Gambar 5 dari " Mendapatkan hasil maksimal dari desain amplifier instrumentasi Anda " memiliki loop servo lain.

The ECG prototipe dari Matius Shieh memiliki lingkaran servo lain.

davidcary
sumber
0

EPCOS memiliki kapasitor seri Metallized Polypropylene Film (MKP / MFP) yang tercantum di situs web mereka . Digikey memiliki kapasitor ini hingga 110μF !!

MikeJ-UK
sumber
Saya tahu tentang ini. Namun, mereka sangat besar - 22uF adalah 37,5 mm antara PC Pins, yang merupakan masalah yang saya miliki dengan yang saya miliki.
Connor Wolf