¿Por qué muestrear a una frecuencia determinada solo para reducir la muestra inmediatamente?

Pido disculpas si esta pregunta no está bien planteada. Estoy leyendo un artículo que dice lo siguiente:

Los vectores del magnetómetro se muestrean a 100 Hz. El detector filtra y baja las muestras de los vectores hasta 10 Hz para eliminar el ruido de la señal y reducir el cálculo requerido para el procesamiento en vivo en el reloj inteligente.

Mi pregunta es: si querían que la frecuencia de muestreo fuera de 10Hz, ¿por qué no solo tomaron muestras a 10Hz inicialmente?

si querían que la frecuencia de muestreo fuera de 10Hz, ¿por qué no solo tomaron muestras a 10Hz inicialmente?

Para evitar el aliasing , la señal debe filtrarse en paso bajo antes del muestreo. No deben estar presentes frecuencias superiores a Fs / 2 en la señal analógica (o, de manera realista, deben estar lo suficientemente atenuadas como para quedar enterradas en el ruido, o a un nivel lo suficientemente bajo como para cumplir con las especificaciones que desee).

Si toma muestras a Fs = 10Hz y desea adquirir, digamos, señales de 4Hz, su filtro deberá dejarlas pasar, pero proporcionar una fuerte atenuación por encima de 5Hz, por lo que necesitará una función de transferencia plana en la banda de paso, luego una caída pronunciada después de la frecuencia de corte.

Estos filtros de alto orden son difíciles y costosos de implementar en el dominio analógico, pero muy simples de hacer en el dominio digital. Los filtros digitales también son muy precisos, la frecuencia de corte no depende de la tolerancia de los condensadores, por ejemplo.

Por lo tanto, es mucho más barato usar un paso bajo analógico de bajo orden, sobremuestreo por un factor grande, luego usar un filtro digital nítido para reducir la muestra a la frecuencia de muestreo final que realmente desea.

El mismo hardware digital también se puede utilizar para varios canales. A esta baja frecuencia de muestreo, los requisitos de potencia informática son muy bajos, y un microcontrolador moderno implementará fácilmente muchos canales de filtrado digital a un precio muy barato.

Mencionaste la palabra magnetómetros. Esto amplía un poco el alcance.

Los magnetómetros para quienes no están familiarizados miden el flujo magnético y crean un voltaje / señal de salida proporcional de acuerdo con el flujo.

Es probable que también detecte una gran cantidad de "energía eléctrica" ​​no deseada, debido a la energía magnética radiada de cualquier cable eléctrico que se encuentre alrededor.

De hecho, muestrear directamente a 10 hz en presencia de 50 hz podría volverlo loco, ya que es posible que no sea exactamente 10 hz, y verá lo que parece un lento cambio de CC hacia arriba y hacia abajo durante un período de varios segundos.

Los 100Hz se vuelven significativos para ayudar a anular esta señal no deseada de lo que realmente quieres ver. Esto es típico en lugares donde se encuentran 50 Hz, en los EE. UU. 60 Hz, por supuesto.

Si está utilizando magnetómetros en algunos países, los 100Hz / 10Hz no funcionan tan bien; Es posible que encuentre un modelo diferente para estos mercados.

Las respuestas sobre antialiasing / filtrado, etc. siguen siendo correctas; Esto es más específico para su caso de uso.

No disminuyen inmediatamente la muestra. Ellos "filtran y bajan la muestra". Presumiblemente, el filtro es de paso bajo que elimina los alias que pueden ocurrir en la señal de muestreo reducido. El filtrado también podría reducir el ruido mediante el uso de información de varias de las muestras de 100 Sps para contribuir a determinar cada uno de los valores de muestra en la señal diezmada (10 Sps).

Hay muchos casos en los que varias fuentes de ruido rápido (en comparación con la señal) pueden afectar las lecturas. Otro ejemplo es un fotodiodo que toma medidas lentas. Podría captar fácilmente el parpadeo de 50/60/100/120 Hz de fuentes de luz comunes diferentes dependiendo de dónde se encuentre, y probablemente incluso captará el parpadeo de luz LED / fluorescente de alta frecuencia.

En algunos casos, puede utilizar un filtro de paso bajo en la entrada, pero a menudo es más sencillo optimizar el filtrado en el software (por ejemplo, simplemente sobremuestrear y promediar un número n de muestras, donde n es configurable por el usuario).

La reducción de la frecuencia de muestreo no (necesariamente) (linealmente) aumenta el tiempo de establecimiento, por lo que esencialmente está capturando instantáneamente la señal de entrada. De hecho, en el MCP3002, por ejemplo, el tiempo de establecimiento se basa en la velocidad del reloj SPI, que puede establecerse por otros motivos y no en la frecuencia de muestreo (lo cual tiene sentido: el dispositivo no conoce la frecuencia de muestreo, solo el hecho de que se le pide que muestree, pero las cifras de la hoja de datos usan la velocidad del reloj establecida a partir de la frecuencia de muestreo). Si el rendimiento del dispositivo está establecido por la velocidad del reloj, y la velocidad mínima del reloj es más alta de lo que desea para el rendimiento, también puede leer más rápido, y el promedio es barato.

El sobremuestreo facilita el filtro de alias y la respuesta transitoria, con un ADC SAR, mientras que el promedio por diezmado reduce el ruido de las muestras de raíz n en el software. Si un IDC AD integrador estuviera disponible, podría hacerse en un solo paso.