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使用滤波器设计精密ADC需要考虑什么问题和面临的挑战
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2020-07-07
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精密模数转换器应用广泛，如仪器仪表和测量、电力线继电保护、过程控制、电机控制等。目前，SAR 型ADC 的分辨率可达 18 位甚至更高，采样速率为数MSPS；Σ-Δ 型ADC 的分辨率则达到24 位甚至32 位，采样速率为数百kSPS。为了充分利用高性能ADC 而不限制其能力，用户在降低信号链噪声方面（例如实现滤波器）面临的困难越来越多。本文讨论在ADC 信号链中实现模拟和数字滤波器以便达到最佳性能所涉及到的设计挑战和考虑。如图1 所示，数据采集信号链可以使用模拟或数字滤波技术，或两者的结合。精密SAR 型和Σ-Δ 型ADC 一般在第一奈奎斯特区进行采样，因此，本文将着重讨论低通滤波器。本文的意图不是讨论低通滤波器的具体设计技术，而是讨论其在ADC 电路中的应用。
理想滤波器和实际滤波器
理想低通滤波器应当具有很陡的过渡带，其通带应具有出色的增益平坦度，如图2 中的砖墙虚线所示。此外，阻带衰减应将任何残余带外信号降低至0。某些常用实际滤波器的响应如图2 中的彩色线条所示。如果通带增益不平坦或有纹波，这种响应可能会影响基频信号。阻带衰减不是无限的，会限制对带外噪声的筛选。过渡带也可能没有陡峭的滚降，导致对截止频率周围的噪声衰减不佳。另外，所有非理想滤波器都会引入相位延迟或群延迟。
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