SAR模数转换器的抗混叠滤波考虑因素

（文章来源：电子工程世界）

在物联网和云计算成为生活一部分，在行业媒体大肆宣扬之际，通过采用最先进的技术和优化设计，老式电子元件并未停止前进的步伐。其中一个例子是模数转换器，该器件现在可以超过每秒一兆次采样（MSPS）的速率实现32位分辨率，轻松通过传统的计量基准测试。

这些高精度转换器可以显示高于16位的分辨率，规定可比静态和动态特性，并且在仪表仪器和大型通用采集系统（测试、设备认证）、专业系统（医疗应用和光谱学数字成像）等专用领域以外，它们已经进入许多过程控制应用、可编程控制器、大型电机控制以及电能输配等领域。目前，几种ADC架构在精度方面不相上下；根据不同需求，具体的选择视模数转换原理、逐次逼近寄存器（SAR）以及Σ－Δ而定，在数MSPS速率下，这些架构分别支持最高24位或以上的分辨率，为24位或更多，在几百kSPS速率下支持32位分辨率。

图1所示为适用于数据采集系统的这类分区的一个典型示例。在调节差分或非差分信号（放大、缩放、自适应和电平转换等）之后，在数字化之前对后者进行滤波以满足奈奎斯特准则。根据ADC的过采样速率，要使用额外的数字滤波来达到采集系统的规格要求。

由于对超宽输入动态范围的需求增加，许多上述应用采用了最先进的高分辨率ADC。随着动态范围的增加，系统性能预计会提高，模拟调节链会减小，拥堵、能耗，甚至是材料成本都会下降。

在超快高分辨率模数编码器出现之前，一般通过以下办法解决动态范围问题：使用快速可编程增益放大器、更快的比较器和／或并联若干ADC，最后加上合适的数字处理模块，以实现强信号的数字化，区分接近噪声水平的小信号。实际上，量化噪声和热噪声被同化为白噪声，该噪声在整个奈奎斯特频带及以外均匀分布。过采样之后，通过滤波和严格以最小所需采样速率（或2 × BW）限制有用频带，频带每降低一个倍频程，噪声能量将降低3 dB，如图2所示。换句话说，过采样因子为4时最为理想，在理论上使信噪比增加了6dB；即是说，增加了一位，如等式1所示：

图1．典型测量信号链。

图2．通过添加数字抽取滤波器比较频谱噪声密度。

总之，过采样有两个优点，一是可以提升信噪比，二是可以放宽对位于ADC之前的抗混叠模拟滤波器的要求。
      （责任编辑：fqj）