Filtraggio  Anti-Alias

Quando si seleziona un filtro per un ADC, l'obiettivo è di avere una frequenza di taglio che rimuove i segnali indesiderati all'ingresso del sistema di conversione o li attenua almeno al punto che non interesseranno avversamente il circuito. Un filtro di anti-aliasing è un filtro passa-basso che compie questo. Come si seleziona il filtro giusto? I parametri chiave che bisogna definire sono: la quantità attenuazione (o ripple) nella zona permessa (passband zone), il rolloff voluto del filtro nella zona non permessa (stopband zone), la ripidita' della risposta (steepness) nella regione di transizione e la relazione di fase delle differenti frequenze quando queste attraversano il filtro. In figura 3a e' mostrata la risposta infrequenza di un filtro passa basso e sono indicate le zone in cui si può suddividere.

Fig. 3a -  Risposta in frequenza di un filtro Passa-Basso. Definizioni delle varie zone

Un filtro ideale ha risposta in frequenza detta a "muro di mattone" (figura 3b). Cioè non ha la zona di transizione. Tuttavia, questo non è mai il caso delle applicazioni reali. Un altro parametro da tenere in considerazione e' il fattore di merito ' Q '. Più alto e' il valore voluto di Q più complessa e' la progettazione del filtro. Ma un elevato fattore Q può portare ad una instabilita' e ad auto-oscillazioni alla frequenza di taglio voluta. La chiave per selezionare un filtro e' conoscere le frequenze e le ampiezze corrispondenti dei segnali interferenti. Per esempio, nei telefoni cellulari, il progettista conosce l'ampiezza e la posizione di un segnale adiacente e così progetta di conseguenza. Non tutti i segnali possono essere previsti nel dominio di frequenza e perfino alcuni dei segnali di interferenza conosciuti sono troppo grandi per attenuarli adeguatamente. Ma, in base all'applicazione e all'esperienza, si possono prevedere le dispersioni conosciute e progettare i filtri minimizzando gli effetti di interferenza dei segnali random per garantire un funzionamento più robusto.

Fig.3b -  Risposta di un filtro passa basso ideale.

Una volta che le frequenze del segnale di interesse sono conosciute, si usa un semplice programma per determinare la topologia del filtro necessaria per fare fronte alle richieste di pass-band, stop-band ed di regione di transizione. Ci sono quattro tipi di filtro base, ciascuno presenta i relativi propri vantaggi (Ellittico, Chebyshev, Butterworth, Bessel) (figura 4).

Fig. 4 -  Curve caratteristiche di quattro filtri di base.

Per esempio, il filtro di Butterworth ha la zona passa-banda più piana, il che significa che ha la minore attenuazione nella banda voluta. Il filtro di Bessel ha un più graduale roll-off ma il suo vantaggio maggiore è la risposta di fase lineare, ovvero ogni componente di frequenza è ritardata di un tempo uguale mentre attraversa il filtro. Il filtro di Chebyshev ha un roll-off più ripido ma più ondulazione nel pass-band. Il filtro ellittico ha il roll-off più ripido. Per un semplice filtro anti-aliasing, spesse volte è accettabile un semplice filtro RC passivo a singolo polo. In altri casi un filtro attivo (cioè, usando un op-amp) funziona bene. Un vantaggio del filtro attivo è quello che, per i filtri di multi-ordine, il funzionamento del filtro è meno sensibile ai valori dei componenti esterni, in particolare, il valore del parametro 'Q 'del filtro.
I filtri di anti-aliasing non devono essere esattamente centrati su una determinata frequenza di taglio. Cio' rende il design di questi filtri più flessibile. Se, per esempio, se si vuole la planarità massima, ma ci è ancora troppa attenuazione nel pass-band, semplicemente si può giocare sulla frequenza di taglio per risolvere il problema. Se l'attenuazione dello stop-band è troppo bassa, si può aumentare il numero di poli nel filtro. Un'altra soluzione può essere quella di amplificare il segnale dopo la filtrazione per aumentare la grandezza del segnale rispetto alla grandezza dei segnali indesiderati.