Beschaffung von Teilen für wirklich, wirklich Niederfrequenzfilter

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Ich mache ein Projekt bei der Arbeit, das einige esoterische Anforderungen hat, insbesondere für einen Hochpassfilter (im Datenerfassungssystem) mit 0,1 Hz (0,07 Hz aufgrund von Einschränkungen der Teileverfügbarkeit).

Im Moment verwende ich eine 22uF-Filmkappe und einen 100K-Widerstand, und die ganze Angelegenheit funktioniert ganz gut. Die Filmkappe ist jedoch enorm (1,240 "L x 0,532" B), und die resultierende Leiterplatte ist wirklich sehr groß (es gibt viele Kanäle).
Ich möchte wirklich nicht zu viel höher für das R im Filter gehen, da es in einen Operationsverstärker geht. Mit dem bestehenden System (OP27, müssen den wirklich niedrigen 1 / f Knie), + -10nA Bias - Strom, erhalten Sie oder 1 mV Offset - aufgrund Bias - Strom. 1010- -9EIN100,000Ω=0,001V.,

WIMA stellte früher einige kompakte 22uF 16V-Filmkappen her , die jedoch ersatzlos EOLiert wurden.

Leider ist die Anwendung etwas extrem. Die Kappen müssen extrem niedrigen Temperaturen und hartem Vakuum standhalten können, was meiner Meinung nach bedeutet, dass die Elektrolyse ausgefallen ist.

Stellt jemand große Niederspannungsfilmkappen her (die fraglichen Spannungen sind + -5 V, nichts Großes)? Weiß jemand, wie sich Elektrolyse im Vakuum verhält?

Connor Wolf
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Was ist die Bandbreite, was ist der erforderliche Roll-Off unter 0,1 Hz, zulässige Durchlassbandwelligkeit?
Stevenvh
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niedrige Temperatur + hartes Vakuum = Raum App?
Stevenvh
@stevenvh - Stratosphäre / Mesosphäre, also ... irgendwie?
Connor Wolf
Gewünschter Roll-Off ist 6 dB / Oktave oder besser, nicht wichtig. Die zulässige Durchlasswelligkeit ist so gering wie möglich.
Connor Wolf

Antworten:

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Ich würde analoge Techniken vergessen und DSP verwenden. Bei 0,1 Hz könnte praktisch jede MCU verwendet werden, aber ich würde einen dsPIC verwenden, da ich das MDS-Dienstprogramm zum Entwerfen von dsPIC-Filtern habe. Es schreibt tatsächlich den Code für mich. Es ist billiger, kleiner und kann problemlos im Vakuum betrieben werden.

Leon Heller
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Wenn die Eckfrequenz sehr nahe bei Null liegt, können erhebliche Genauigkeitsprobleme mit Bi-Quad-Koeffizienten auftreten, es sei denn, Sie senken Ihre Abtastrate erheblich.
Mark
Keine praktikable Option. Wir betrachten ein sehr kleines interessierendes Wechselstromsignal, das auf ein sehr großes (langsam) variables Gleichstromsignal moduliert ist. Nach dem Hochpass ergibt sich eine Verstärkung von 100-1000, um das Signal groß genug zu machen, damit das Datenerfassungssystem es verarbeiten kann.
Connor Wolf
Grundsätzlich brauche ich den Filter, damit ich DSP-Sachen am Filterausgang machen kann.
Connor Wolf
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Warum muss es eine Filmkappe sein? Warum nicht eine Keramik? Ich bin kein Experte für Vakuum, aber ich denke, sie sollten in der Lage sein, damit umzugehen.

Nach meiner Berechnung benötigen Sie nur 16 µF mit 100 kΩ, um einen 100-MHz-Rolloff zu erzielen. In jedem Fall sollten ein paar 10 µF 20V-Keramiken parallel zu guten Dielektrika funktionieren. Wenn Sie sie über einen kleinen Teil ihres Spannungsbereichs verwenden, bleibt die Kapazität relativ konstant.

Olin Lathrop
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Es ist wirklich ein 0,07234 Hz ​​Filter. Die Designspezifikation betrug 0,1 Hz, aber die verfügbaren Filmkappen reduzierten sie auf 10 uF oder 22 uF.
Connor Wolf
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@Fake: Caps sind sowieso nicht so genau. Es gibt keine Möglichkeit, die Rolloff-Frequenz auf 4 Stellen festzulegen! Ihre beiden Werte sind nur eine halbe Oktave voneinander entfernt, wodurch sich die Antworten in keiner Weise ändern. Gibt es einen Grund, warum Sie keine Keramikkappen verwenden können? Sie wären klein und billig.
Olin Lathrop
Ich hätte wirklich ein "~" vor die Frequenz setzen sollen. Es dauert ewig, das Ding zu fegen, um zu bestätigen, dass der Filter funktioniert. Ich möchte das Knie nicht genau messen müssen. Es würde Stunden dauern!.
Connor Wolf
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Verwenden Sie anstelle eines RC-Hochpassfilters ein RL-Hochpassfilter. Verwenden Sie statt eines echten Induktors einen Induktivitätsgyrator. Sie können aktive Komponenten (und ein paar viel kleinere Kondensatoren) verwenden, um einen massiven Induktor zu simulieren, der mit Masse verbunden ist, um Ihren Niederfrequenz-Grenzwert zu erhalten. Dadurch sparen Sie viel Platz auf der Platine und die anderen Probleme bei der Verwendung eines großen Kondensators. Hier sind einige Hinweise zu Gyratoren .

Bearbeiten: Hier ist ein Gyrator-RL-Filterdesign für eine Grenzfrequenz von 0,1 Hz, bei dem 2 Operationsverstärker, Widerstände und ein 0,1 uF-Kondensator verwendet werden, um eine 1000-H-Induktivität zu simulieren. Das Gyrator-Design basiert auf dem hier von Jim Thompson.

Bitrex
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Hmmmm. Was sind die funktionalen Unterschiede zwischen einem Gyrator-Tiefpass und einem RC-Tiefpass?
Connor Wolf
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@Fake Name Hochpass oder Tiefpass, solange das Eingangssignal innerhalb der Bandbreite und des Eingangsspannungsbereichs der im Gyrator verwendeten Operationsverstärker liegt, gibt es im Wesentlichen keinen großen Funktionsunterschied. Der simulierte Induktor kann keine Energie speichern oder eine Gegen-EMK erzeugen, aber für Filter ist dies kein wirkliches Problem.
Bitrex
Um ein Gyrator-Tiefpassfilter herzustellen, würde man einen schwebenden Gyrator oder einen "funktionsabhängigen negativen Widerstand" benötigen. Ein Hochpassfilter benötigt weniger Komponenten, da die simulierten Induktivitäten geerdet sind.
Bitrex
@Fake Name Auf den zweiten Blick ist die Gyratorschaltung, die ich zuvor gepostet habe, möglicherweise nicht die beste Lösung zum Filtern des 1 / f-Rauschens - sie funktioniert gut für kleine Signale, aber Impulse mit hoher Amplitude und sehr niedrigen Frequenzen führen dazu, dass U2 auf die Schiene geht und der Filter gewinnt. ' sich nicht richtig verhalten. Die Komponentenwerte müssten basierend auf den maximalen Eingangsspannungsausschlägen angepasst werden.
Bitrex
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Viele EKG- und EEG-Geräte haben "ein sehr kleines interessierendes Wechselstromsignal, das auf ein sehr großes, (langsam) variables" unerwünschtes Nah-Gleichstromsignal moduliert ist - das "Baseline Wander". Da der Herzschlag bis zu 40 Hz abfallen kann, möchten wir normalerweise, dass ein linearer Hochpass alles unter 0,5 Hz abschneidet. a b

Vielleicht könnten Sie die gleichen Techniken verwenden, die sie für ihren Hochpassfilter verwenden:

  • Servoschleife: Anstatt das Signal durch den Kondensator eines passiven Hochpass-RC-Filters zu leiten, verwenden sie ein aktives Filter, das die Gleichstromkomponente integriert und vom Signal subtrahiert ("Servoschleife"). Ein aktives Tiefpassfilter optimiert irgendwie die Hauptsignalkette, um einen Hochpasseffekt zu erzeugen. Mein Verständnis ist, dass dieser Ansatz auf extrem hohe Widerstände skaliert werden kann - beispielsweise 10 MOhm und 1 uF, um eine Hochpass-Eckfrequenz von ungefähr 0,015 Hz zu erhalten - ohne das Rauschen, das solche hohen Widerstandswerte normalerweise verursachen.

  • Digitale Filterung: Einige Leute sagen, dass das Wandern von Grundlinien in Software einfacher herauszufiltern ist als in Hardware. a b c

Die Leute von Imac Engineering behaupten, sie hätten eine Hipass-Eckfrequenz von 0,03 Hz. (Siehe Seite "Hochpassfiltersimulation" - wie kann ich direkt auf diese Seite verlinken?)

Das INA322-Datenblatt in Abb. 9 "Vereinfachter EKG-Schaltkreis für medizinische Anwendungen" verwendet eine Servoschleife, die den REF-Eingang ansteuert, um einen Hochpasseffekt zu erzeugen.

Abbildung 37 des INA333-Datenblattes enthält eine weitere Servoschleife .

Abbildung 69 des AD8420-Datenblattes enthält eine weitere Servoschleife : 0,5 Hz Hochpass.

Abbildung 70 des AD8295-Datenblattes enthält eine weitere Servoschleife .

Abbildung 5 von " Optimale Nutzung Ihres Instrumentenverstärkerdesigns " enthält eine weitere Servoschleife.

Der EKG-Prototyp von Matthew Shieh hat eine weitere Servoschleife.

Davidcary
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EPCOS hat auf seiner Website Kondensatoren der Serie Metallized Polypropylene Film (MKP / MFP) aufgeführt . Digikey hat diese Kondensatoren bis zu 110µF !!

MikeJ-UK
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Ich weiß davon. Sie sind jedoch sehr groß - die 22uF sind 37,5 mm zwischen den PC-Pins, was das Problem ist, das ich mit denen habe, die ich habe.
Connor Wolf