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Verschiedenes
6.3.2 Filter-Einstellungen
6.3.2.1 Theoretischer Hintergrund
Der Filter-Einstellung kommt bei einem abtastenden Messsystem besondere Bedeutung zu: Aus der Theorie
digitaler Signalverarbeitung und des Abtasttheorems (Shannon, Nyquist) geht hervor, dass bei einem
abtastenden System eine Bandbegrenzung des Signals vorhanden sein muss. Diese stellt sicher, dass das Signal
ab der halben Abtastfrequenz (Nyquist-Frequenz) keine nennenswerten spektralen Signalanteile mehr
beinhaltet. Andernfalls führt dies zu Aliasing - Fehlern, die auch durch nachträgliche Filterung nicht mehr zu
beseitigen sind.
Die Module der imc CRONOS-Gerätefamilie stellen ein abtastendes System dar, bei dem die im
Konfigurationsmenü einzustellende Abtastzeit (bzw. Frequenz) dieser Bedingung unterworfen ist. Die
auswählbare Tiefpass-Filterfrequenz ist dabei bestimmend für die Bandbegrenzung des mit dieser Rate
abzutastenden Eingangssignals.
Die Einstellung AAF für die Filtereinstellung steht für Automatisches Antialiasing Filter. Sie nimmt eine
automatische Wahl der Filterfrequenz vor, angepasst an die gewählte Abtastrate. Die zugrundeliegende Regel
dabei ist:
AAF-Filterfrequenz (-80 dB) =
AAF-Filterfrequenz (-0,1 dB) = Abtastfrequenz * 0,4 =
6.3.2.2 Allgemeines Filter-Konzept
Die imc CRONOS Systemfamilie verwendet eine zweistufige Systemarchitektur, bei dem die analogen Signale mit
einer festen primären Abtastrate abgetastet werden (analog-digital Wandlung mit Sigma-Delta ADCs). Hierbei
vermeidet ein festes analoges Tiefpassfilter Aliasing-Fehler. Der Betrag dieser primären Abtastrate ist nicht nach
außen hin sichtbar, hängt vom Kanaltyp ab und ist in der Regel größer oder gleich der in der Einstelloberfläche
wählbaren Abtastrate. Das einstellbare Filter ist als digitales Filter realisiert, welches den Vorteil eines exakten
Betrags- und Phasenverlaufs hat. Dies ist insbesondere für den Gleichlauf (Matching) von miteinander
verrechneten Kanälen von großer Bedeutung.
Werden in der System-Konfiguration langsamere Datenraten (f_sample) eingestellt, so gewährleisten digitale
Anti-Aliasing Filter (Tiefpass-Filter) die Einhaltung der Bedingungen des Abtast-Theorems. Drei Fälle können
dabei unterschieden werden.
6.3.2.3 Implementierte Filter
Filter-Einstellung "Filter-Typ: ohne":
Nur das (analoge) auf die primäre Datenrate abgestimmte Anti-Aliasing-Filter ist wirksam, neben einer
nachgeschalteten digitalen Frequenzgang-Korrektur, die für einen steileren Frequenzgang sorgt.
Diese Einstellung kann sinnvoll sein, wenn maximale Bandbreitenreserven genutzt werden sollen und
gleichzeitig einschränkende Annahmen über die spektrale Verteilung des Messsignals gemacht werden
können, die einen Verzicht auf vollständige Filterung rechtfertigen.
Filter-Einstellung "Filter-Typ: AAF":
Die (digitalen) Anti-Aliasing-Filter werden als elliptische Cauer-Filter ausgeführt. Deren "scharfe" Kennlinie im
Frequenzbereich ermöglicht es, die Eckfrequenzen erheblich näher an die Abtast- bzw. Nyquist-Frequenz
heranzuführen, ohne Kompromisse zwischen Bandbreite und Aliasing-Freiheit.
© 2023 imc Test & Measurement GmbH
Abtastfrequenz * 0,6 =
Nyquistfrequenz * 1,2
Nyquistfrequenz * 0,8
imc CRONOS Systemfamilie - Handbuch, Edition 11 - 06.06.2023
Kapitel 6
Seite 77
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