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开关电容滤波器在ADC中有哪些优势
吴藩
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模拟滤波器在电子信号合成系统中应用广泛，可为 ADC 提供抗混叠和降噪，为 DAC 提供信号重建滤波¹。不同的设计要求需要使用不同的滤波器架构，常用的滤波器有贝塞尔、巴特沃思以及椭圆滤波器。贝塞尔低通滤波器具有线性相位响应，通带无纹波、阻带单调衰减，适合时域应用。巴特沃思低通滤波器在通带内具有最平坦的频响，阻带的单调衰减也比贝塞尔滤波器陡峭，但相位响应随频率非线性变化，这使得巴特沃思低通滤波器非常适合基于幅度的应用。而椭圆低通滤波器具有接近平坦的通带响应和极为陡峭的阻带衰减，是基于幅度的抗混叠应用的最佳选择。设计和实现连续时间有源滤波器非常具有挑战性，需要使用多个高性能运放和精度很高的无源器件。设计挑战包括如何选择最优的滤波器架构，还需要使用专用的滤波器计算软件²。另一个简单的方法是使用高度集成的 SCF （开关电容滤波器），SCF 可以大大减少外围元器件数目，使滤波器调谐十分简单，并可降低系统功耗。本文通过分析如何实现一个连续时间滤波器和一个 SCF 来说明其在性能和复杂程度上的不同。如上所述，贝塞尔滤波器的特性使其非常适合时域应用，因为它们在示波器 / 分析仪这类测试应用中几乎没有失真。但设计者通常需要构建更高阶的贝塞尔滤波器（这意味着比巴特沃思或椭圆滤波器的极点更多）来实现足够大的阻带衰减。图 1 所示原理图为 5 阶、1.0kHz、低通贝塞尔滤波器，设计基于 Sallen-Key 架构，为减少元器件数目进行了优化，使用精度为 1%的标准电阻和精度为 5%的标准电容。为确定外围元件值，使用了滤波器设计软件 FilterPro™，并用 PSPICE 仿真工具进行了验证。
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