EO_503

ELETTRONICA OGGI 503 - GIUGNO/LUGLIO 2022 29 ANALOG ANALOG DESIGN e filtrata, l’uscita del sensore viene quindi inviata a un convertitore A/D (ADC) dove viene convertita nel formato digitale adatto per l’elaborazione da parte del microcontrollore del sistema. Un compito, quello della progettazione della catena del segnale analogico, che può apparire semplice a prima vista, ma che in realtà è complicato a causa della vasta tipologia di sensori coinvolti e delle differenti condizioni operative. Nel prossimo paragrafo saranno spiegate le ragioni per le quali il progetto dei circuiti di filtraggio analogici è un compito che risulta solitamente oneroso dal punto di vista temporale. Progetto di filtri: dal metodo tradizionale… Un circuito di filtraggio analogico risulta solitamente composto da parecchi componenti attivi e passivi (amplificatori operazionali, resistori, condensatori e a volte induttori). Il progetto è ulteriormente complicato dalla varietà di tipologie di filtri disponibili e dalle specifiche associate. Per questa ragione è necessario un approccio metodologico alla progettazione in cui il primo passo è decidere il tipodi filtro richiestoper l’applicazione. Le opzioni disponibili sono le seguenti: • Filtro passa-basso (o LPF per rimuovere i segnali ad alta frequenza) • Filtro passa-alto (o HPF per rimuovere i segnali a bassa frequenza) • Filtro passa-banda (o BPF che consente il passaggio di segnali contenuti all’interno di un determinato intervallo di frequenze) Il passo successivo prevede la scelta della funzione di trasferimento del filtro per soddisfare le specifiche del filtro stesso, tra cui: • Ampiezza di banda, che descrive l’intervallo di frequen- ze che possono passare attraverso il circuito senza at- tenuazione (ovvero con una riduzione di ampiezza nulla oppure di lieve entità) • ‘Roll-Off,’ chedescrive la velocità di attenuazione ovvero la rapidità con la quale il filtro inizia a rimuovere i componenti in frequenza indeside- rati presenti nel segnale del sensore • Fase, si riferisce al ri- tardo relative tra I se- gnali di ingresso e di uscita. Si tratta di un parametro importante nel caso in cui nella ca- tena del segnale sia previsto un anello di retroazione, in quanto può influenzare la stabilità dell’anello Una funzione di trasferimento è una formula matematica complessa che descrive la risposta in frequenza del filtro (ovvero la relazione che intercorre tra i segnali di ingresso e di uscita). I progettisti analogici devono trovare la mi- glior corrispondenza possibile tra la risposta in frequenza del filtro desiderata e le risposte in frequenza pre-calco- late per differenti tipi di filtri, riportate nelle tabelle dei filtri (Butterworth, Bessel, Chebyshev e altri ancora). Una volta selezionato il tipo di filtro che meglio corrisponde alle prestazioni desiderate, il progettista deve poi calco- lare i valori dei componenti in modo da poter costruire (o simulare) un circuito reale. Una volta completato questo stadio, è possibile valutare le prestazioni del filtro per verificare che soddisfino le specifiche stabilite. Si tratta di un processo che richiede molto tempo, può a volte ri- sultare frustrante e spesso deve essere ripetuto più volte prima di ottenere il miglior compromesso possibile. …a quello attuale Mentre la procedura di progettazione analogica descritta in precedenza può risultare familiare a molti progettisti, la realtà oggigiorno differisce in modo sostanziale grazie alla disponibilità di tool come ’Analog Filter Wizard’ di Analog Devices . Questo tool software permette di automatizzare completamente il flusso di progettazione di un filtro, dalla selezione iniziale del filtro alla prototipazione in condizioni reali. Dopo aver eseguito la selezione del filtro (LPS, HPF o BPF), il progettista semplicemente immette le specifiche del filtro in una GUI intuitiva e di semplice uso che visualizza e regola in modo dinamico una rappresentazione visiva della risposta in frequenza del filtro (Fig. 2). Effettuare ulteriori regolazioni è un’operazione semplice come inserire nuovamente i valori delle specifiche e/o Fig. 2 – Configurazione della risposta in frequenza del filtro in Analog Filter Wizard