שימוש בפילטרים Active Filters « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « מערכות העברת נתונים

מערכות שידור נתונים מרובות ערוצים מהוות את עמוד השדרה של התקשורת המודרנית, המאפשר העברת נתונים במהירות גבוהה על פני נחושת, סיבים, ומדיה אלחוטית. על ידי שליחת אותות מרובים בו זמנית דרך ערוץ פיזי משותף, מערכות אלה להגדיל באופן דרמטי את דרך המחשב.עם זאת, הקרבה של נתיבי אותות סמוכים יוצרת בעיה טעונה: crosstalk. זה התערבות אלקטרומגנטית משחית נתונים, מעלה את עקרונות השגיאה, ומגבלות רוחב פס ארוך טווח יש צורך יעיל של טכניקות סינון, בניגוד לשיטות פעולה מתקדמות, כדי להפחית את הפילטרים פעיל, באופן יעיל של יעילות של שימוש יעיל של שיטות הפעלה, בניגוד לסינון יעיל של יעילות של שימוש יעיל של שיטות הפעלה.

הבנה של קרוסב במערכות Multi-ערוציות

קרוסדור מתעורר כאשר שדות אלקטרומגנטיים משורה אחת מעוררים מתחים לא רצויים או זרמים בקו הסמוך.בסביבות מרובות ערוצים כגון קווי המנוי הדיגיטלי (DSL), כוכבי אחוריים מהירים במהירות גבוהה, או תדר רדיו (RF) הפיכה זו הפיכה אותות אותות האותות בשני מנגנונים עיקריים הנעה: הפיכה מהירה, שבו שדות חשמליים מעבירים אנרגיה באמצעות קמציות דומיננטיות, ואפקטים מתקדמים יותר, כאשר הם גורמים לאפקטים מגנטיים מתקדמים יותר באפקטים.

ההשפעה של crosstalk משתרעת מעבר לרעש פשוט.זה יכול לגרום להפרעות תזמון, הפרעה בין-סימל, ואפילו אובדן מוחלט של סינכרון בתוכניות מרובות-דרגיות. במערכות מרובות ערוצים כמו MIMO (מבוגר-input מרובות-input) תקשורת אלחוטית, בין מסכות אנטנה בתוך אותות נכנסים ומפחיתה את הרווח החיוני עבור קישורים אמינים, בדומה לתקני USB כגון: 3.0-Tend (Tend) ו-Credtexttalk (Tend) עם מגבלות חיבור יעילות של מחשב (Tend) עם אותות באיכות גבוהה (TEX) ו-Cy) עם אותות חיבור סלולריים (Tend) עם טווח (Tend) עם טווח (Tend) עם מגבלות חיבור כבל (Tend) עם אותות חיבור כבל (Tend) עם אותות חיבור אלחוטית) עם טווח (Tend) עם אותות חיבור אלחוטיים (TEX) עם טווח (Tend) עם אותות חיבור כבל (TEX) עם אותות חיבור אלחוטיים (Tend) עם אותות נכנסים ל-Clantexout) עם אותות נכנסים יעילה) עם אותות נכנסים ל-קלאריכותלמידתיים (TEX) עם אותות נכנסים ל-קליקטיביים (Tend) עם טווח (TEX)

מקור: Active Filter in Mitigating Crosstalk

פילטרים פעילים עוברים על ידי מגבר תפעולי באופן סלקטיבי (op-amps) תוך שמירה או אפילו להגביר את האות הרצוי.הם משלבים רכיבים פעילים - באופן אימפולסיבי (op-amps) - לצד התנגדות ו- capacitors כדי ליצור רשתות הפיכה מדויקות-selectives.ה היתרון המרכזי על מסננים פאסיביים הוא כי מסננים פעילים יכולים לספק רווח, שמירה ופלט ופלט, ופלט, ופלט, כדי להשיג להקות מתקדמות יותר, ללא למערכות מורכבות יותר.

ברמת המערכת, מסננים פעילים יכולים להיות ממוקמים במדר לסיגנל כדי לזהות אותות מראש, ב המקלט כדי לדכא את ההתערבות מחוץ לפס, או בתוך כל נתיב ערוץ כדי ליצור חלוקה בתדר נקי.לדוגמה, בתדירות-division מרוביםxing (FDM) תוכנית, כל ערוץ תופס להקה בתדר ייחודי.

סוגים של פילטרים פעילים ויישומים שלהם

כמה פילטרים פעילים משמשים בדרך כלל במערכות נתונים מרובות ערוצים, כל אחד מתאים לתרחישים של צחצובות ספציפיים:

(FLT:0) מסננים פאס-פס (Low-passפילטרs) 1 (FLT:1) - לאפשר לתדרים מתחת לקיצוץ כדי לעבור בזמן התגברות תדרים גבוהים.הם מועסקים לעתים קרובות במערכות שידור בסיס שבו צלב גבוה של קווים דיגיטליים סמוכים יש לדכא. in backplane routing, מסננים פעילים נמוכים במרחק נמוך של קלטות להפחית רעש גבוה וגבול רוחב פס כדי להתאים את הנתונים.
(FLT:0) מסננים בגובה גבוה (FLT:1) - תדרים גבוהים לחסום תדרים נמוכים.אלה שימושיים במערכות שבהן קרוסקור מהתערבות בתדר נמוך (למשל, קו חשמל לחות) מאגדות ערוצי אותות.בכמה תקני תקשורת, מסננים גבוהים בממשקים קו מונעים מגע נמוך מערוצים שכנים.
(FLT:0)Band-pass filtersFLT:1 - בחר מגוון מסוים של תדרים תוך דחיית שני הרכיבים הנמוכים והגבוהים יותר.הם אידיאליים עבור מערכות RF FDM ו- Multi-channel. in a 16 ערוצים transceiver, למשל, שישה עשר מסננים פעילים של פסים - כל אחד מהם מכוון לתדירות מרכזית אחרת - לסימנים בודדים עם הפרעה הדדית מינימלית.
(FLT:0) מסננים (פס-פסק) ,(FLT:1) - אטו טווח צר של תדרים.הם יעילים במיוחד כאשר אחד חזק להפריע, כגון שעון הרמוני או טון רדיו, זוגות לתוך ערוצים מרובים. על ידי הצבת מסנן אינץ 'בכל ערוץ בתדר המפריע, מהנדסים יכולים להפחית דרמטית את המעבר ללא השפעה על הנתונים.

מעבר לסוגים בסיסיים אלה, ניתן להגדיר מסננים פעילים כפילטרים לכל אורכו של השוויון בשלב, או כפילטרים טונובלים שבהם ניתן להתאים את תדירות הקיצוץ באמצעות מתח בקרה – שימוש יעיל בתוכניות ביטולים של קרוסטורלציה.

אסטרטגיות יישום

תכנון מסנן פעיל עבור הקטנת צולב דורש ניתוח זהיר של התגובה תדר המערכת, מנגנוני הפיכה, דרישות אות. התהליך מתחיל עם אופי של הצלב: מדידה של amplitude, תוכן תדירות, ומערכת יחסים שלב אל האות הרצוי. ברגע שפרופיל ההתערבות ידוע, מהנדסים בוחרים מסנן פעיל טופולוגיה המספקת את הדחייה הנדרשת בתדרים המפריעים תוך שמירה על עיכוב קבוצתי ואימות.

חיתוך תדירות והזמנות מסנן

תדירות הקיצוץ חייב להיות נבחר להפריד להקות אות או לדכא רכיבי קרוסלק מבלי להגביר את אות הנתונים.עבור מסנן נמוך פאס במערכת בסיס דיגיטלי, החתוף בדרך כלל מוגדר רק מעל תדירות Nyquist. סדר המסנן (מספר של קטבים) קובע את רוחב המעבר והפסקת חסימה גבוהה יותר מספק סטראוף חד-פעמי, אך מציג יותר שלב פוטנציאלי ותגובה חד-צדדית (Strar-of-of-pentr-of) ב-band) הוא קבוע.

התאמות ועומס

מסננים פעילים מציגים קלט ספציפי ופלט מאימפולסים.להשתקפות מינימלית של אותות והפיכה, אלה מעכבים חייבים להתאים את קו השידור האופייני למניעה. במערכות מהירות גבוהות (שיעורי השעה >100 MHz), אפילו אי התאמה קלה יכול לגרום להשתקפות המופיעה כצווארון ערוצים אחרים.מהנדסים משתמשים לעתים קרובות במסננים פעילים עם 50 או 75 מוטציות, או עיצוב אותם כדי להופיע כמו קרקע וירטואלית כדי להפחית את רכיבי רוחב הפס.

נביחות ורעש

מסננים פעילים דורשים אספקת חשמל יציבה ויכולים להציג רעש ולא ליניאריות. במערכות מרובות ערוצים, רעש אספקת חשמל יכול להיות יחד לכל המסננים בו זמנית, יצירת הפרעה מתואמת, משחתות רגולטוריות ייעודיות, ושימוש בדגימות סטיות בעלות ערך נמוך הם חיוניים.הפילטר הפעיל עצמו חייב להוסיף רעש תרמי משמעותי, במיוחד ברמת המקלט שבו רמות אותות נמוכות.

יתרונות השוואתיים של פילטרים פעילים מעל פילטרים פסיביים

בעוד מסננים פסיביים שנבנו מ inducors, capacitors ומתנגדים יכולים גם לספק סלקטיבית תדירות, מסננים פעילים מציעים כמה יתרונות קריטיים עבור הפחתה של צלבי ערוצים מרובים:

(FLT:0) לא גדול מלומדים 1:1 - מחנכים הם רבי משקל, אובדן בתדרים נמוכים, וקשה להשתלב בלוחות מעגלים קומפקטיים.פילטרים פעילים משתמשים ב- Op-amps וברשתות RC, שהם קטנים וקלים בהרבה להשתלב לתוך ICs מרובים ערוצים או פריסות ארוזות PCB ארוזות בצפיפות.
(FLT:0Gain andlittureFLT:1) - מסננים פעילים יכולים לספק רווח אות, פיצוי עבור אובדן שידור ושיפור יחס אות-לא-מסנן.הם גם buffer שלבים, למנוע אפקטים טעינה כי אחרת יש לשנות את המאפיינים מסנן שינוי בעיצובים קדמיים.
(FLT:0) גבוה Q וסלקטיביות (FLT) 1 - עם מסננים פסיביים, השגת גורם באיכות גבוהה (Q) דורש רכיבים מדויקים מאוד, נמוכים-הפסדים.פילטרים פעילים יכולים ליישם תגובות גבוהות של Q או פס קבוצתי באמצעות ערכים מנוגדים סטנדרטיים / קבלן, מה שהופך אותם לחסכוניים לדחות גוונים ספציפיים של פסים.
(FLT:0) יכולת הסתגלות והתאמה להתאמה של 1 - מסנני Active יכולים להיעשות טוטמבל על ידי שימוש במתנגדים משתנים (מאגרמיים דיגיטליים) או אלמנטים מבוקרים מתח (למשל, מגברי טרנספורמטיביים תפעוליים) זה מאפשר מסננים מתאימים המעקבים את תנאי המעבר, כגון סחף תרמיים או אותות מפרשים חדשים.
(FLT:0)DC חסימת אנדרט 1:1 ; תצורה פעילה רבים של סינון פילטרים פעיל לחסום DC, אשר מועיל במערכות מרובות ערוצים מבודדות בגליון מבודד, שבו רמות הטיות DC יכולות להיות שונות בין ערוצים.

למרות היתרונות האלה, מסננים פעילים דורשים אספקת חשמל ויכולים להציג רעש. עבור יישומים גבוהים מאוד (מעל כמה ג'יגהארץ), מסננים פסיביים או טכניקות קו שידור להיות מעשי יותר בשל מגבלות רוחב פס של ספקטרום האופי.עם זאת, ברוב מערכות העברת נתונים רב ערוצים הפועלים ממכשירי אודיו למיקרוגל, מסננים פעילים נשארים כלי רב-תכליתי ורב-עוצמה.

שיטות מתקדמות ל-Inner Systems

ככל ששיעורי הנתונים גדלים וספירות ערוצים צומחים, מסננים פעילים קבועים ומושלמים על ידי גישות חכמות יותר, הסתגלותיות.פילטרים פעילים דיגיטליים, המופנים באמצעות מעבדי אותות דיגיטליים (DSPs) או מערך השערים הניתנים להגדרה (FPGAs), יכולים ליישם תגובות תדר שרירותיות כי הם מתכנת מחדש בזמן אמת.

טכניקה נוספת היא השימוש במסננים פעילים בתוך לולאה אנלוגית-דיגיטלית היברידית. An אנלוגית Front-end שווהizer (בזמניים במשרה מתמדת או CTLE) משולב עם מסנן פעיל דיגיטלי (החזרה לשווה ערך או DFE) כדי לבטל הן לינאריות והן ללא לינאריות צלב.כאן, הפילטרים הפעילים מטפלות רחבות דיכוי בעוד העמיתים הדיגיטליים של ההפרעות השייכות ל-DGLUB-40 נמצאים בשימוש בממשקים מתחת לממשקים מתחת לממשקים.

טכנולוגיית מעגלים משולבת איפשרה להטמיע מסננים פעילים רבים ישירות על שבב יחיד.לדוגמה, ה-FLT:0Analog מכשירים קופס של מסנן פעיל ICsigFLT:1 כולל רכיבים עם עד 8thorder מסננים טוטלי בחבילה זעירה, אידיאלי עבור יישומים רב ערוצים.

דוגמא מעשית

שקול אוטובוס תלת-ממדי של רכב 4 ערוצים פועל ב 10 Mbps לערוץ.הערוצים חולקים מרווח כבל מעוות-pair, ומדידות להראות צולב חזק ב-Hz בתדרים מתחת 1 MHz (מנהגים מנועים סמוכים) ו- capacitive crosstalk בתדרים מעל 30 m.com כדי להפחית את התאמת ה-Routing 2, כל מקלט כולל מסנן פעיל עם מעבר מ-Multi ל- 30 עד 30 שימוש ב-Ricend עם תוספת של 40-R.

כיוונים עתידיים

כמו מערכות תקשורת לדחוף לעבר תעריפים מצטברים של terabit-per-II, הקטנת crosstalk הופכת יותר ויותר מאתגרת. פילטרים Active פילטרים יתפתחו לתוך מודולים אדפטיים, עצמיים כי דפוסי צלב דיבור הגיוניים ועדכון מסננים מזהמים בזמן אמת.מכונה למידה עשויה לנבא אלגוריתמים צולבבים המבוססים על דפוסי תנועה ולהתאים מסננים מראש.

מסקנה

מסננים פעילים הם הכרחיים בהפחתת פני השטח במערכות שידור נתונים מרובות ערוצים.על ידי עיצוב התגובה התדירות של כל ערוץ, הם מאפשרים מסלולי אותות נקיים, שיעורי נתונים גבוהים יותר, ומרחקי שידור ארוכים יותר.מבסיס נמוך ופס גבוה להתנצלות על מנת להתאים את המימוש הדיגיטלי, מסננים פעילים מספקים את הסלקטיביות והגמישות כי מסננים פסיביים אינם יכולים להתאים את הפילטרים האלה, דורשים תשומת לב לניתוק בתדרים, אך טיפול, אך יעיל, אך טיפול, אך עמיד, אך ימשיך להפרעות, אך ורק במהירויות לחץ, אך טיפול, אך טיפול, אך ורקמות, הן עדיין מתפקדות, הן יכולות לעמוד במהירויות לחץ, הן יכולות לעמוד במהירויות לחץ, אך הן יכולות לעמוד במהירויות, אך הן יכולות לעמוד במהירויות לחץ, אך הן מספקות, אך טיפול סודיות, אך טיפול, אך טיפול, אך טיפול, אך טיפול, הן יכולות לעמוד במהירויות לחץ, הן יכולות לעמוד במהירויות לחץ, אך טיפוליות וגמישות אקטיבית, אך הן מספקות, אך הן יכולות לעמוד במהירויות לחץ, אך טיפול, אך הן מספקות, אך הן מספקות, אך הן מספקות, אך טיפול פילטר, אך טיפול פילטר, אך הן יכולות להתאים את הסינון, אך טיפול גורמות להפרעות

לקריאה נוספת על עקרונות עיצוב מסנן פעיל, מתייחס ל-FLT:0.Texas Instruments Note על יישום סינון פעיל עיצוב סינון עיצוב FLT:1 ; סקירה רחבה יותר של מנגנוני צלב ניתן למצוא על FLT:2Wikipedia של עמוד הצוואר הצלב של שורת 3 (עמוד השדרה) עבור מדריכי יישום מעשי, את התקני FLT:4Alog טכני על טכניקות סינון פעיל:2Wikipedia:5 מציע תובנות עמוקות.