Utiliza dos canales ADC para aumentar la resolución

Question

Necesito capturar la forma de onda de una señal de baja amplitud que se asienta sobre un componente de mayor amplitud que varía lentamente. Estoy pensando en utilizar un ADC con dos canales, y alimentar uno de ellos con una versión filtrada de paso bajo de la señal y el otro con una versión amplificada y filtrada de paso alto de la señal. Eso aumentaría la resolución aparente de mi ADC. ¿Me equivoco? ¿Puede prever algún problema con esto?

Se me olvidó decir que tengo que capturar también la componente de baja frecuencia (el algoritmo necesita el valor medio de la señal).

La componente de "alta" frecuencia va de 0,01 hercios a 10 hercios. La componente de baja frecuencia es principalmente el valor medio de la señal, pero puede cambiar lentamente. La componente de cambio más rápido puede tener una amplitud 100 veces menor que el valor medio máximo. El microcontrolador que utilizaremos tiene un ADC de 12 bits (no puedo cambiarlo), pero con muchos canales.

Answer 1

Tal vez podría alimentar la forma de onda cruda a un canal ADC, luego usar un DAC controlado por su microcontrolador (o lo que sea que esté ejecutando su algoritmo) para restar el componente de baja frecuencia, luego amplificar la señal residual a un segundo canal ADC. El DAC podría incluso ser un DAC delta-sigma.

Creo que esto te daría mejores resultados que si utilizas un filtro de paso alto analógico, porque la función de transferencia de la entrada bruta al 2º canal sería más fácil de caracterizar si se hace digitalmente, frente a una función de transferencia desconocida (y potencialmente cambiante) para el analógico.

Pero es difícil decirlo sin conocer el contenido de la frecuencia y otros requisitos.

Answer 2

Esta es una muy buena idea. El BioTac Los sensores táctiles de Syntouch hacen esto mismo. Tienen un sensor de presión en su interior que capta tanto la parte de baja frecuencia de la señal a unos 50 sps, como los componentes de alta frecuencia amplificados y muestreados a 2000 sps. Esto funciona de maravilla.

Sin embargo, no sé si se pueden combinar estas dos señales para crear una mayor resolución, es decir, más bits. Es posible que puedas hacerlo con algún procesamiento inteligente de la señal, pero no sería trivial.

Otra forma de aumentar la resolución del ADC es sobremuestreo . Si tomas 16 muestras de 12 bits (y asumiendo que hay al menos un LSB de ruido) entonces realmente has aumentado la resolución efectiva.

Answer 3

Esto no tiene mucho sentido. Ya que aparentemente sólo te interesan las frecuencias altas, ¿por qué no presentar simplemente la señal filtrada de paso alto al A/D? Nada en tu descripción explica por qué quieres mirar la señal de baja frecuencia. Alimentar eso en un A/D no va a hacer nada útil.

Si las dos frecuencias están lo suficientemente cerca como para que separarlas sea difícil en el hardware, entonces podría poner la señal compsite en un A/D y filtrarla digitalmente. Sin embargo, el A/D tendría que tener suficiente resolución para la señal pequeña y al mismo tiempo tener el rango para la señal grande y lenta y muestrear lo suficientemente rápido para representar adecuadamente la señal rápida. Esto puede no ser posible.

Quizás podamos sugerir algo más concreto si nos das detalles de la amplitud y el rango de frecuencia de las dos señales, y con qué resolución o relación señal/ruido necesitas medir la señal rápida.

Answer 4

Utilice un par de filtros de paso de banda de ganancia fija sintonizados para igualar la frecuencia central de cada una de las dos señales componentes. Alimenta cada señal separada a su propio ADC. Y ya está... Trabajo hecho.