Accurate constant phase elements dedicated for audio signal processing
Loading...
Date
2019-11-15
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
This review paper introduces real-valued two-terminal fully passive RC ladder structures of the so-called constant phase elements (CPE). These lumped electronic circuits can be understood as two-terminal elements described by fractional-order (FO) dynamic, i.e. current-voltage relation described by non-integer-order integration or derivation. Since CPE that behaves close to ideal is still not off-the-shelf component, correct behavior must be approximated in the frequency domain and is valid only in the predefined operational frequency interval. In this study, audio frequency range starting with 20 Hz and ending with 20 kHz has been chosen. CPEs are designed and values tabularized for predefined phase shifts that are commonly used in practice. If constructed carefully, maximum phase error less than 0.5° can be achieved. Several examples of direct utilization of designed CPEs in signal processing applications are provided.
Tento shrnující článek představuje dvoupólové plně pasivní RC žebříkové struktury tzv. obvodového prvku s konstantní fází (CPE) a reálnými hodnotami součástek. Tyto obvody se soustředěnými parametry mohou být vnímány jako dvojpóly popsané dynamikou necelistvého řádu (FO). To znamená, že vztah mezi napětím a proudem je dán diferenciální rovnicí necelistvého řádu. Protože CPE chovající se podobně jako ideální stále není komerčně dostupným prvkem musí být jeho chování aproximováno v kmitočtové oblasti a je tedy platné pouze v předdefinovaném operačním pásmu kmitočtů. V této práci se jedná o audio pásmo, začínající na 20 Hz a končící na 20 kHz. CPE jsou navrženy a numerické hodnoty předány formou tabulek, a to pro běžně se v praxi vyskytující fázové posuvy. Pokud jsou CPE precizně zkonstruovány, pak může být dosažena maximální chyba fáze menší než 0.5°. Článek rovněž ukazuje několik příkladů přímé aplikace navržených CPE v reálných obvodech pro zpracování signálů.
Tento shrnující článek představuje dvoupólové plně pasivní RC žebříkové struktury tzv. obvodového prvku s konstantní fází (CPE) a reálnými hodnotami součástek. Tyto obvody se soustředěnými parametry mohou být vnímány jako dvojpóly popsané dynamikou necelistvého řádu (FO). To znamená, že vztah mezi napětím a proudem je dán diferenciální rovnicí necelistvého řádu. Protože CPE chovající se podobně jako ideální stále není komerčně dostupným prvkem musí být jeho chování aproximováno v kmitočtové oblasti a je tedy platné pouze v předdefinovaném operačním pásmu kmitočtů. V této práci se jedná o audio pásmo, začínající na 20 Hz a končící na 20 kHz. CPE jsou navrženy a numerické hodnoty předány formou tabulek, a to pro běžně se v praxi vyskytující fázové posuvy. Pokud jsou CPE precizně zkonstruovány, pak může být dosažena maximální chyba fáze menší než 0.5°. Článek rovněž ukazuje několik příkladů přímé aplikace navržených CPE v reálných obvodech pro zpracování signálů.
Description
Keywords
admittance function synthesis, audio effect, circuit synthesis, constant phase element, 21 fractional-order, frequency response, ladder network, passive filter, zeroes and poles, syntéza admitanční funkce, audio efekt, obvodová syntéza, prvek s konstantní fází, necelistvý řád, kmitočtová odezva, žebříková struktura, pasivní filtr, nuly a póly
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en