精密adc用濾波器設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)(編輯修改稿)
2024-08-26 15:05 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 濾波器的 設(shè)計(jì)很復(fù)雜，因?yàn)樗鼈儗?duì)增益匹配非常敏感，以至于無(wú)法實(shí)現(xiàn) 數(shù)階的衰減幅度。此外，在信號(hào)鏈中增加任何元件（如電阻或 放大器）都會(huì)引入帶內(nèi)噪聲。 圖 過(guò)渡帶 對(duì)于某些具體應(yīng)用，模擬濾波器設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和性能需要迚行 取舍。例如，在采用 AD7606 的電力線繼電器保護(hù)應(yīng)用中，對(duì) 于 50 Hz/60 Hz 基頻輸入信號(hào)及其相關(guān)前五次諧波，保護(hù)通道 的精度要求低于測(cè)量通道。保護(hù)通道可以使用一個(gè)一階 RC 濾 波器，而測(cè)量通道使用二階 RC 濾波器，以便提供更好的帶內(nèi) 平坦度和更急劇的滾落過(guò)渡。 3. 同步采樣的相位延遲和匹配誤差 濾波器設(shè)計(jì)丌僅僅關(guān)系到頻率設(shè)計(jì)，用戶可能還需要考慮模擬 濾波器的時(shí)域特性和相位響應(yīng)。在某些實(shí)時(shí)應(yīng)用中，相位延連 可能非常重要。如果相位隨輸入頻率而變化，那么相位變勱將 更糟糕。濾波器的相位變化一般用群延連來(lái)衡量。對(duì)于非常數(shù) 群延連，信號(hào)會(huì)在時(shí)間中擴(kuò)散，導(dǎo)致脈沖響應(yīng)變得很差。 對(duì)于多通道同步采樣應(yīng)用，例如電機(jī)控制或電力線監(jiān)控中的相 電流測(cè)量，還應(yīng)考慮相位延連匹配誤差。確保濾波器在多個(gè)通 道上引起的額外相位延連匹配誤差可以忽略丌計(jì)，或者在工作 溫度范圍的信號(hào)鏈誤差預(yù)算范圍內(nèi)。 對(duì)于低諧波失真和低噪聲應(yīng)用，用戶必須為信號(hào)鏈設(shè)計(jì)選擇合 乎要求的元件。模擬電子元件丌是完全線性的，會(huì)引起諧波失 真。 Walsh 的文章中 討論了如何選擇低失真放大器和如何計(jì)算 放大器噪聲。放大器等有源元件需要低 THD + N，同時(shí)也要考 慮普通電阻和電容等無(wú)源元件的失真和噪聲。 電阻的非線性有兩個(gè)來(lái)源：電壓系數(shù)和功率系數(shù)。根據(jù)具體應(yīng) 用，高性能信號(hào)鏈可能需要使用由特定技術(shù)制造的電阻，如薄 膜或金屬電阻。如果選擇丌當(dāng)，輸入濾波電容可能會(huì)造成顯著 失真。如果成本預(yù)算允許，聚苯乙烯和 NP0/C0G 陶瓷電容是 很好的備選元件，可以改善 THD。 除放大器噪聲外，電阻和電容也會(huì)有電子噪聲，后者是由處于 均衡態(tài)的電導(dǎo)體內(nèi)部的電荷載子的熱擾勱產(chǎn)生的。 RC 電路的 熱噪聲有一個(gè)簡(jiǎn)單的表達(dá)式，電阻 R 是滿足濾波要求所需要 的，同時(shí) R 越高，相應(yīng)的熱噪聲也越大。 RC 電路的噪聲帶寬 為 1/(4RC)。 除放大器噪聲外，電阻和電容也會(huì)有電子噪聲，后者是由處于 均衡態(tài)的電導(dǎo)體內(nèi)部的電荷載子的熱擾勱產(chǎn)生的。 RC 電路的 熱噪聲有一個(gè)簡(jiǎn)單的表達(dá)式，電阻 R 是滿足濾波要求所需要 的，同時(shí) R 越高，相應(yīng)的熱噪聲也越大。 RC 電路的噪聲帶寬 為 1/(4RC)。 kB (玱爾茲曼常數(shù) ) = 10–23m2kgs–2K–1 T 為溫度 (K) f 為磚墻濾波器近似帶寬 圖 6 顯示在 EVALAD7960FMCZ 評(píng)估板上， NP0 電容和 X7R 電容對(duì) THD 性能的影響： (a) 顯示一個(gè) 10 kHz 正弦波信號(hào)音 的頻譜， C76 和 C77 為 1 nF 0603 NP0 電容，而 (b) 顯示使用 1 n
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