Notch-filterontwerp: 37 interessante feiten om te weten

by

In dit artikel bespreken we verschillende technieken voor het ontwerpen van notchfilters. Laten we eens kijken wat de discussiepunten voor dit artikel zijn.

Discussiepunten

  1. Wat is een notch-filter?
  2. hoe maak je een notch-filter?
  3. inkeping filter eq || notch filter vergelijking
  4. inkepingsfilter ic
  5. inkepingsfilter q-factor
  6. notch filter frequentie
  7. voorbeeld van notch-filter
  8. Notch-filterontwerp || rlc inkeping filterontwerp || hoe een notch-filter te ontwerpen
  9. afstembare notch-filter
  10. afstembaar notch filterontwerp
  11. digitale notch-filter
  12. digitaal notch-filterontwerp
  13. dsp notch-filter
  14. ontwerp van notch-filter in dsp
  15. spar inkeping filter
  16. spar inkeping filterontwerp
  17. iir notch-filter || digitale iir-notch-filter
  18. iir notch filterontwerp
  19. actief notch filterontwerp || analoog notch filterontwerp || notch-filterafleiding
  20. lc inkeping filterontwerp
  21. notch-filter met opamp || notch-filtercircuit met opamp
  22. 60Hz inkepingsfilter
  23. 60 Hz notch filterontwerp
  24. rf inkeping filterontwerp
  25. programmeerbare notch-filter
  26. inkeping filtercode
  27. fm broadcast notch filterch
  28. audio inkeping filter
  29. audio notch filterontwerp || audio notch filtercircuit || fm notch filtercircuit
  30. audio notch filter schema
  31. biquad notch-filter
  32. 532 nm inkepingsfilter
  33. harmonische notch-filter
  34. ontwerptool voor inkepingen
  35. betaflight inkepingsfilter
  36. notch filter overdrachtsfunctie afleiding
  37. notch-filter voor ecg-signaal

Wat is een notch-filter?

A notch filter is over het algemeen een gewijzigde vorm van het filter Band Reject of Band Stop. Het belangrijkste doel van deze filters is om te voorkomen dat een bepaald bereik van frequenties in de uitvoer verschijnt of verbiedt. Een Band Stop-filter met een smalle stopband wordt bijvoorbeeld een notch-filter genoemd.

Laten we een voorbeeld nemen. Stel dat een Notch-filter is ontworpen om de frequentie tussen 100 kHz en 110 kHz te stoppen. Het zal dus elk signaal onder het 100 kHz-bereik doorlaten en elk signaal hoger dan 110 kHz geven, maar zal elk signaal tussen de 100 kHz en 110 kHz voorkomen.

hoe maak je een notch-filter?

Het bouwen van een notch-filter is vrij eenvoudig. Er zijn drie hoofdstappen bij het bouwen van een notch-filter. De stappen zijn - 1. Noteer de vereiste perfect, 2. Begrijp de noodzaak en ontwerp het notch-filter (het ontwerpen van een notch-filter wordt hieronder beschreven), 3. Controleer met de verwachting. (Als het perfect is, gebruik dan, zo niet, ontwerp het filter opnieuw).

inkeping filter eq || notch filter vergelijking

Enkele van de belangrijke vergelijkingen van notchfilter worden hieronder gegeven.

  • De HF-grenswaarde van de LPF: fL = 1 / ( 2 * RLP * cLP * )
  • De LF-cut-off van de HPF: fH = 1 / ( 2 * RHP * cHP * )
  • De kwaliteitsfactor van het notch-filter:  Q= fr / Bandbreedte

inkepingsfilter ic

Er zijn verschillende geïntegreerde circuits op de markt die een notch-filter implementeren. Er zijn veel voordelen aan het gebruik van IC ten opzichte van conventionele circuits. Een van de meest populaire normale notch-filter-IC's is LTC1059. Het PIN-schema van het IC wordt hieronder weergegeven.

LTC1059 1
PIN-diagram van LTC 1059

inkepingsfilter q-factor

De q-factor van een notchfilter is hetzelfde als de q van een notch. Q of kwaliteitsfactor van een notchfilter wordt gegeven door de volgende vergelijking: middenfrequentie/bandbreedte. Q is de meting van de selectiviteit van het filter. Het geeft ook een idee van de scherpte van de diepte.

De middenfrequentie is de Notch Frequency en het is de middenfrequentie van de doorlaatband.

notch filter frequentie

De frequentie van het notchfilter wordt de frequentie van de stopband genoemd. Dit komt omdat de frequentie van de smalle band de frequentie is die het notch-filter afwijst. Daarom is de frequentie ook de identiteit van het notchfilter.  

voorbeeld van notch-filter

Er zijn verschillende voorbeelden van notchfilters. Er zijn ook een aantal typen. Elk type heeft subonderwerpen en vele voorbeelden. Digitale notch-filters, analoge notch-filters, optische notch-filters, FM-notch-filters, audio-notch-filters, spiraalvormige notch-filters, afstembare notch-filters, 50 Hz notch-filters en 60 Hz 2.4 GHz notch-filters. Sommige voorbeelden zijn gebaseerd op hun specificaties. Zoals – 532 nm notch-filter. Het is een optisch filter waarvan de blokkeergolflengte bij de naam wordt aangegeven.

Notch-filterontwerp || rlc inkeping filterontwerp || hoe een notch-filter te ontwerpen

Laten we een notch-filter helemaal opnieuw ontwerpen. Laten we eerst een RLC-type filter (notch) maken om de band van 45 kHz tot 50 kHz te elimineren. Stel, de inductantie is L = 30 mH.

De gegeven gegevens zijn dus: fL = 45 kHz, fH = 50 kHz, l = 30 mH = 0.03 H

De resonantiefrequentie zal zijn: fr = fH – (ZW/2)

De BW is bandbreedte en BW = 50 – 45 = 5 kHz.

Of, fr = 50 *103 – ((5 * 103)/2)

Of, fr = 50000 - 2500

Of, fr = 47.5 * 103

De resonantiefrequentie is dus 47.5 kHz.

Nu weten we dat de resonantiefrequentie kan worden geschreven als -

fr = 1 / [2 * pi * (LC)1/2]

of, 47.5 * 103 = 1 / (1.088 * C1/2)

of, C = 374.41 pico-Henry

Dus de kwaliteitsfactor is = fr / BW = 47500/5000 = 9.5

Nogmaals, Q = wr L / R

Of. R = wrL/Q = 2 * pi * f * L/Q

Of, R = 8.95 kilo-ohm

Dus voor het notchfilter, R = 8.95 kilo-ohm, L = 30 mH, C = 374.41 pico-farad.

afstembare notch-filter

Afstembare notch-filters zijn dergelijke smalbandfilters waarbij we handmatig de hoge onderdrukking van een bepaalde frequentie en een relatief lagere demping van andere frequentiesignalen kunnen krijgen. Er zijn verschillende afstembare notch-filters op de markt verkrijgbaar, zoals - EM-7843. Afstembare filters kunnen van een ander type zijn. Als de Q-factor van een notch-filter afstembaar is, kan dat filter ook worden aangeduid als afstembare notch-filter.

afstembaar notch filterontwerp

Het ontwerp van het Tuneable notch-filter is niet zo eenvoudig. Het vereist veel berekening en concept. Maar het maken van een digitaal afstembaar notchfilter is enigszins eenvoudig. Het ontwerp moet zo zijn gemaakt dat men de middenfrequentie gemakkelijk kan veranderen.

digitale notch-filter

Digitale notchfilters verwijzen naar het FIR Notch-filter en IIR Notch-filter. FIR en IIR hebben beide hun voordelen in verschillende omstandigheden en worden gebruikt volgens de vereisten. Ze worden digitaal genoemd omdat ze digitaal zijn ontworpen.

digitaal notch-filterontwerp

Digitale notchfilters hebben twee soorten ontwerptechnieken. Ze zijn - Infinite Impulse Response Notch Filter (IIR), Finite Impulse Response Notch Filter (FIR). We hebben beide filterdetails hieronder besproken.

dsp notch-filter

 DSP staat voor Digital Signal Processing. De notchfilters die worden gebruikt bij de digitale verwerking van signalen worden DSP-notchfilters genoemd. Daarom is het redelijk begrijpelijk dat alleen digitale filters worden gebruikt als DSP-notchfilters. De FIR, IIR notch filters zijn een voorbeeld van dit soort filters.

ontwerp van notch-filter in dsp

Digitale notchfilters hebben twee soorten ontwerptechnieken. Ze zijn - Oneindige impulsrespons Notch Filter(IIR), Eindige Impulsrespons Notch Filter. We hebben beide filterdetails hieronder besproken.

spar inkeping filter

FIR-filters staan ​​voor Finite Impulse Response-filter. FIR-filters hebben over het algemeen veel stabiliteit, waardoor ze beroemd zijn geworden. Wanneer de stabiliteit van het systeem meer noodzakelijk is, worden dit soort filters gebruikt.

spar inkeping filterontwerp

Er zijn verschillende methoden om een ​​FIR notch-filter te ontwerpen, zoals frequentiebemonstering en computeroptimalisatie. Analytische methoden, semi-analytische methoden, tweede-orde IIR-filterprototypes zijn enkele andere processen om hetzelfde voor te bereiden. Bernstein-polynomen worden ook gebruikt bij het maken van digitale notchfilters van het FIR-type.

iir notch-filter || digitale iir-notch-filter

IIR staat voor Infinite Impulse Response. Dit is ook een digitaal filter zoals een FIR-filter. IIR-filters worden over het algemeen geleverd met een efficiënte benadering voor een zeer lage ordervereiste. Dit soort filters zijn nodig wanneer de lineariteit van fasen niet zo belangrijk is.

iir notch filterontwerp

IIR-kerffilters zijn ontworpen in twee hoofdonderdelen. In eerste instantie een analoge notch-filter is ontworpen met de vereiste specificaties en vervolgens wordt het analoge filter getransformeerd in een digitaal IIR-filter met behulp van inverse transformatie.

actief notch filterontwerp || analoog notch filterontwerp || notch-filterafleiding

Laten we een notch-filter helemaal opnieuw ontwerpen. Laten we eerst een RLC-type filter (notch) maken om de band van 55 kHz tot 60 kHz te elimineren. Stel, de inductantie is L = 30 mH.

De gegeven gegevens zijn dus: fL = 55 kHz, fH = 60 kHz, l = 30 mH = 0.03 H

De resonantiefrequentie zal zijn: fr = fH – (ZW/2)

De BW is bandbreedte en BW = 60 – 55 = 5 kHz.

Of, fr = 60 *103 – ((5 * 103)/2)

Of, fr = 60000 - 2500

Of, fr = 57.5 * 103

De resonantiefrequentie is dus 57.5 kHz.

Nu weten we dat de resonantiefrequentie kan worden geschreven als -

fr = 1 / [2 * pi * (LC)1/2]

of, 57.5 * 103 = 1 / (1.088 * K1/2)

of, C = 255 .51 pico-Henry

Dus de kwaliteitsfactor is = fr / BW = 57500/5000 = 11.5

Nogmaals, Q = wr L / R

Of. R = wrL/Q = 2 * pi * f * L/Q

Of, R = 7.39 kilo-ohm

Dus voor het notch-filter, R = 7.39 kilo-ohm, L = 30 mH, C = 255.51 pico-farad.

lc inkeping filterontwerp

Zoals we uit de naam van het filter kunnen opmaken, is het LC Notch-filter ontworpen met alleen inductoren en condensatoren. De ontwerpmethode van een LC notch-filter is vrij eenvoudig. In eerste instantie wordt één inductor en één condensator parallel geschakeld. Vervolgens wordt een andere combinatie van inductor en condensator in serie geschakeld. Het schakelschema is als volgt.

Inkeping 1
LC-kring voor notch-filter

De uitgangsimpedantie komt als:

beeld 11

De overdrachtsfunctie is:

beeld 12

De afsnijfrequenties zijn -

beeld 13

notch-filter met opamp || notch-filtercircuit met opamp

Notch-filters worden gerealiseerd met behulp van operationele versterkers. In eerste instantie worden zowel de hoogdoorlaat- als de laagdoorlaatfilters gemaakt met behulp van operationele versterkers. Vervolgens worden hun outputs opgeteld met behulp van een andere operationele versterker om het resultaat te krijgen. Het schakelschema in het artikel geeft een notch-filter weer met behulp van op-amps.

60Hz inkepingsfilter

Een 60 Hz notch filter kan een 60 Hz signaal afwijzen door de kracht van de beweging nagenoeg intact te houden. Er wordt een notch-filter gebruikt omdat het de frequentieband nauwkeurig zal verzwakken. In de VS is er vraag naar een 60 Hz notch filter omdat de stroomvoorziening in huishoudens een frequentie heeft van 60 HZ.

60 Hz notch filterontwerp

Zoals we weten, is elk notch-filter ontworpen met een hoogdoorlaatfilter en een laagdoorlaatfilter. Er is een extra op-amp nodig om de uitvoer van beide filters op te tellen. Meestal komt de Q als 6 voor een 60 Hz-filter. De gegeven vergelijking kan de kerffrequentie bepalen.

beeld 14

ALP is de uitvoer van het laagdoorlaatfilter wanneer de frequentie van het filter hetzelfde is als de gewenste uitvoerfrequentie, terwijl AHP de uitvoer is voor het hoogdoorlaatfilter. Over het algemeen de

beeld 15

waarde is één. De kerffrequentie komt dus als uitgangsfrequentie, die 60 Hz is.

De volgende uitdrukking kan ook de uitgangsfrequentie bepalen:

beeld 16

Zoals we kunnen zien, is de uitgangsfrequentie afhankelijk van de RF. Dus, het veranderen van de waarde van Rf zal de kerffrequentie veranderen.

rf inkeping filterontwerp

Het ontwerpen van een RF-filter is een zeer ingewikkeld proces. Er is een bekwame ingenieur voor nodig, aangezien nauwkeurigheid een belangrijke parameter is voor dit soort filters. Het ontwerpproces van een RF notch filter wordt hieronder gegeven.

  1. Specificeer de respons: in dit stadium wordt alle vereiste parameterwaarde gespecificeerd. Parameters zoals - Reactie, afkappunt, enz. Moeten worden ingesteld.
  2. Frequentienormalisatie: de frequenties worden geconverteerd om overeen te komen met de standaardtabellen en grafieken.
  3. Berekening van rimpel: In deze fase wordt het concept van een notch-filter gebruikt. Om een ​​RF-notchfilter te creëren dat slechts één frequentie uit een bepaalde frequentieband kan weigeren, moet de rimpelwaarde als een hoge prioriteit worden beschouwd. Hoe hoger de tolerantiegrens voor de rimpelwaarde, hoe selectiever het filter wordt.
  4. Passend bij de verzwakkende curven.
  5. Berekening van elementwaarden.
  6. Schalen van genormaliseerde waarden.

programmeerbare notch-filter

Het meest populaire filter dat tegenwoordig wordt gebruikt, is het programmeerbare filter. Programmeerbare filters zijn gemakkelijk te onderhouden en gemakkelijk om mee te werken. Programmeerbare notchfilters zijn geen uitzondering. We kunnen zowel de Q-waarde als de natuurlijke frequentie regelen door gewoon de klokfrequentie te wijzigen.

inkeping filtercode

De notch-filtercode voor het ontwerpen van een notch-filter in MATLAB wordt hieronder gegeven. Door een van hen met de juiste specificaties te schrijven, krijgt u een notch-filter.

beeld 17
Code voor het ontwerpen van een notch-filter in MATLAB-simulator.

fm broadcast notch filterch

Bijna in elke grote stad is er een grote kans dat men de radiofrequentie van de FM-radiostations kan ontvangen. Het FM-uitzendfilter zorgt voor een verzwakking van 30 dB voor de FM-signalen in het bereik van 88 tot 108 MHz.

audio inkeping filter

Een notchfilter is een belangrijk instrument voor audiotechniek. Over het algemeen raken sommige ongewenste frequentiecomponenten vermengd met de originele audio. Om een ​​dergelijke frequentie te verwijderen of te elimineren, wordt een audio notch filter gebruikt.

audio notch filterontwerp || audio notch filtercircuit || fm notch filtercircuit

Het volgende circuit is een voorbeeld van een audio- en FM-notch-ontwerp. Let goed op de weerstands- en condensatorwaarden voordat u met het ontwerp begint. De formule voor de middenfrequentie wordt ook gegeven.

Ontwerp met inkepingsfilter
Ontwerpcircuit voor audio-notch-filter

audio notch filter schema

Het audionotch-filter heeft een vrij eenvoudig ontwerp. Het schema kan eenvoudig worden getekend voor de huidige toestand door de standaardprocedures te volgen.

biquad notch-filter

Een biquad-filter is een digitaal filter. Meer specifiek is het een IIR-filter met twee polen en twee nullen. De 'Biquad' is een afkorting van de term - Bi-kwadraat. Notch-filters kunnen ook worden ontworpen met behulp van de topologie. De overdrachtsfunctie voor het filter komt als:

beeld 22

532 nm inkepingsfilter

532 nm notch-filter is een verscheidenheid aan optische notch-filters. De specificatie van het filter is 532 nm, wat betekent dat de optische inkeping de lichtcomponent met een golflengte van 532 nanometer kan blokkeren. Het is een van de meest populaire optische notch-filters. Er zijn andere specificaties zoals 785 nm.

harmonische notch-filter

Een harmonisch notch-filter is een speciaal type notch-filter, dat op meerdere gebieden kan worden toegepast. Het filter volgt de volgende overdrachtsfunctie.

H(z)=12(1+A(z))

ontwerptool voor inkepingen

Er is een ander soort tools op de markt beschikbaar om het notch-filter digitaal te ontwerpen. Met dergelijke apparaten kunnen veel soorten digitale filters worden gemaakt. Het zou het beste zijn als u alleen de frequentiewaarde toewijst. Een van de favoriete tools wordt geproduceerd door Texas Instrumenten.

betaflight inkepingsfilter

Betaflight is vluchtbesturingssoftware waarmee vliegtuigen met meerdere rotoren worden bestuurd. Als onderdeel van het proces worden ook notch-filters ontworpen en afgestemd in de software.

notch filter overdrachtsfunctie afleiding

De volgende uitdrukking geeft de overdrachtsfunctie van een notch-filter -

beeld 23

Hier verwijst wz naar de nulcirkelfrequentie, terwijl wp verwijst naar de poolcirkelfrequentie. Ten slotte betekent q de kwaliteitsfactor van het notch-filter.

Q wordt gegeven door – fr / Bandbreedte.

Als dep =z, het is een standaard inkepingstype.

Als dep >z, het is een high-pass notch-type.

Als dez <p, het is een low-pass notch-type.

notch-filter voor ecg-signaal

ECG of elektrocardiograaf is een zeer belangrijk diagnoseproces in de medische wetenschappen. Er worden verschillende filters gebruikt om de door de machine geproduceerde uitvoergegevens weer te geven. Zonder de filters is het vrijwel onmogelijk om de waarden te lezen.

Er worden drie soorten filters gebruikt bij een ECG-meting. Ze zijn - hoogdoorlaatfilter, laagdoorlaatfilter en inkepingsfilter. Hoogdoorlaatfilters filteren hoogfrequente componenten uit, terwijl laagdoorlaatfilters hetzelfde doen voor gemeenschappelijke frequentiecomponenten. De notch-filters filteren een bepaald bepaald frequentiebereik uit.

Vooral de geleverde frequentie van de AC verstoort de ECG-metingen. Notch-filter verwijdert dergelijke interferentie. Voor Noord-Amerika is de voedingsfrequentie 60 Hz, dus wordt een notchfilter van 60 Hz gebruikt. In India en andere landen waar de voedingsfrequentie 50 Hz is, wordt een 50 Hz notch filter gebruikt.