. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
FilterPro
16. ledna 2009 | Pandatron | FilterPro | Komentářů: 0  

FilterPro

Představení volně dostupného programu od společnosti Texas Instruments určeného pro návrh kmitočtových filtrů.

Kmitočtové filtry patří mezi základní obvody téměř každého zařízení spojeného s analogovým světem. Tedy ať již se jedná o vstupní filtry měřících přístrojů, audio zesilovačů a podobně, nebo naopak o výstupní filtry zapojované například na piny mikrokontrolérů a podobně. Dalo by se říci, že každý kdo to s elektronikou myslí alespoň trochu vážně, sem tam nějaký filtr prostře potřebuje ať se mu to líbí či nikoliv.
Je sice pravda, že v době výkonných 32b mikroprocesorů a hradlových polí pracujících na GHz je již většina hlavních filtrů tvořena digitálně jednoduchým napsáním programového kódu. Bohužel i přesto se alespoň základním frekvenčním filtrům nevyhneme hned v celé řadě případů.

Společnost Texas Instruments však již řadu let na svých internetových stránkách nabízí volně ke stažení program FilterPro, určený k návrhu většiny základních typů filtrů a to až do 10. řádu (případně 5. řádu pro pásmové propusti). Takové omezení je naprosto dostačující pro většinu běžných aplikací. V náročnějších aplikacích je poté potřeba použít buď komerční nástroje, nebo jednoduše použít digitální filtr a to třeba i stého řádu.

FilterPro
Program FilterPro je možné zdarma stáhnout přímo z webových stránek společnosti Texas Instruments, přitom zde není potřeba ani žádná registrace. Instalační soubor má velikost necelých 3MB a odkaz k jeho stažení je uveden na konci článku.


Obr. 1: Základní okno programu FilterPro

Již z prvního pohledu na program je vidět co vše FilterPro zřejmě nabízí. Především je to:
- návrh všech základních typů frekvenčních filtrů
- návrh podle vlastností filtru či podle pevně daných hodnot součástek
- zobrazení schéma výsledného filtru včetně hodnot všech součástek
- zobrazení základních charakteristik vypočteného filtru

Základní okno programu (obr. č.1) je rozděleno celkem na pět částí:

1) Kontextová nápověda
V levém horním rohu aplikace je v bílém rámečku zobrazována aktuální kontextová nápověda. Zde jsou zobrazovány tipy a připomínky k právě prováděným změnám a měněným vlastnostem filtru.


Obr. 2: Kontextová nápověda

2) Frekvenční osa
Zhruba ve středu programu je zobrazena frekvenční osa na které se zobrazují aktuálně vypočtené charakteristiky a vlastnosti filtru. Na ose je možné jedním kliknutím přesunout Frekvenční kurzor (modrá vertikální čára), případně rychlým dvouklikem zobrazit základní nastavení zobrazených údajů a jejich popis.


Obr. 3: Frekvenční osa
 
Obr. 4: Popis a základní nastavení frekvenční osy

3) Výsledné schéma filtru
je zobrazováno v dolní části programu. Schéma obsahuje i všechny vypočtené hodnoty pasivních (RC) součástek.


Obr. 5: Low-Pass filtr 3. řádu
 
Obr. 6: Band-Pass filtr 5. řádu

4) Návrh filtru
Samotný návrh filtru se prování v pravé části okna programu. Zde jsou přehledně rozmístěny všechny prvky aktuálně navrhovaného filtru


Obr. 7: Návrh filtru

Jednotlivé volby pro návrh filtru tedy jsou:

Passband – typ filtru v závislosti na přenosové charakteristice
- Low-Pass (dolní propust)
- High-Pass (horní propust)
- Band-Pass (pásmová propust)
- Notch (úzkopásmová zádrž)
- Wide Band-Pass (širokopásmová propust)
- Band-Reject (pásmová zádrž)

Poles – řád filtru. Zde je omezení na 10. řád, případně u složitějších filtrů pouze na 5. řád.

Cutoff Freq. – mezní kmitočet filtru. U pásmových filtrů je zde zobrazena volba Center Freq.

Q – činitel jakosti filtru

Circuit Type – umožňuje volbu typu zpětné vazby a tedy i druh filtru:
- MFB Single-Ended - vícenásobná zpětná vazba s uzemněným vstupem
- Sallen-Key - filtrem typu Sallen-Key
- MFB Fully Differential - vícenásobná zpětná vazba s plně rozdílovým (diferenciálním) vstupem

Filter Type - zde je nabídka dalších možnosti v otázce aproximací
- Butterworth
- Bessel
- Chebychev
- Linear Phase, 0.05
- Linear Phase, 0.5
- Gaussian 12 dB
- Custom Fn&Q

Při volbě filtru typu Chebychev je navíc umožňuje zadat parametr zvlnění (Ripple) v dB

Cursor Freq. - určuje umístění kurzoru na kmitočtové ose a v tabulce níže vypočítává zesílení a další hodnoty filtru na vybraném kmitočtu.

Value Display – změna zobrazení ve schématu. Na výběr jsou možnosti:
- Component Values - volí zobrazení hodnot jednotlivých RC prvků ve schématu
- Sensitivities – volí naopak zobrazení citlivosti jednotlivých prvků na změnu jejich hodnoty. Místo hodnot je zde tedy například u vybraného rezistoru zobrazeno -0,5;1,0. Tyto čísla následně udávají, změní-li se hodnota součástky o 1% (například vlivem tolerancí či stárnutí prvků), změní se o 0,5% mezní frekvence filtru a o 1,0% hodnota Q.

Components – zde je možné zvolit zaokrouhlování hodnot vypočtených součástek podle vybraných řad kondenzátorů a rezistorů. K dispozici jsou řady E12 až E192 pro rezistory a E6 až E24 pro kondenzátory. U rezistorů je navíc možné zvolit hodnotu Exact, tedy bez zaokrouhlování.

Pro aplikace je zde vhodné zvolit požadovanou (i nižší) řadu kondenzátorů a k nim si nechat dopočítat přesnou hodnotu rezistorů. Vždy je totiž snadnější skládat rezistory, případně je sehnat ve vyšší řadě.
Optional Entry – zde je možné do tabulky zadat preferované hodnoty kondenzátorů. To je velice výhodné především k cenám precizních kondenzátorů, kdy zde můžeme zadat hodnotu námi dostupných kapacit a nechat si k nim dopočítat vše ostatní. Samozřejmě by zde zadané hodnoty neměli být příliš mimo automaticky vypočteným hodnotám, jinak hrozí ztráta kvality Q obvodu a další nectnosti z nevyváženosti jednotlivých prvků.

5) Tabulka výsledků
Poslední, pátou částí okna je tabulka uvedená v pravém dolním roku okna programu. Zde je zobrazován celkový přehled, odezva na zvolené frekvenci i oddělené součty, příp. součiny pro jednotlivé bloky vícestupňových filtrů. Z tabulky lze také vysledovat vliv zaokrouhlování vypočtených hodnot R a C na vlastnosti filtru.


Obr. 8: Tabulka výsledků

Jsou zde tedy uvedeny parametry:
- Passband Gain (Vout / Vin) - zisk filtru v propustném pásmu
- Fn – mezní kmitočet filtru
- Q – činitel jakosti
- Gain – zisk v dB na zadaném kmitočtu (volba Cursor Freq.)
- Phase – velikost otočení fáze na zadaném kmitočtu
- Req. GBP – požadovaná velikost GBP Gain Bandwidth Product) v rámci bloku filtru

Závěr:
Dalo by se říct, že návrh filtrů je s programem FilterPro již hračka. Neměli bychom však při návrhu i samotné realizaci filtru zapomínat jak na správný výběr operačního zesilovač, tak i samotné fyzikální zákony. Oba tyto prvky nám totiž dokáží znehodnotit celý návrh a přichystat nám spoustu další práce.

V následujícím článku bude uveden příklad návrhu jednoduchého filtru s použitím programu FilterPro.

Odkazy & Download:
Domovská stránka společnosti Texas Instruments - http://www.ti.com

Stránka s programem FilterPro - http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/filterpro.html

Záloha programu FilterPro v2.00 - DOWNLOAD







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PU232E - Převodník USB / sériový port (UART), modul
Kompaktní a jednoduše použitelný modul datového převodníku do USB portu.
Skladem od 199 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007