基於Delta-sigma的抗混濾波器設計方案

出處:廣電電器網 發佈於:2014-04-29 11:42:02

導讀:用於Delta-sigma數據轉換器的抗混濾波器設計方案明顯不同於SAR(逐次逼近寄存器)或流水線(高速)轉換器的設計方法。

  擁有SAR或流水線轉換器,您即擁有了每次評估一個樣本的系統。無論是哪種情況,都可以“抓住”模擬信號,並將其儲存於轉換器的輸入電容陣列。這些轉換器評估已存儲的信號,併爲各個樣本提供一個數字表達。對這兩款器件,多階抗混濾波器的目標頻率即是該轉換器的奈奎斯特頻率。

  在高採樣率(FS,參考1)下,delta-sigma轉換器的輸入調製器會對輸入模擬信號進行多次採樣。而後續的Sinc數字濾波器會對一組此類調製器樣本進行再次採樣,並轉換爲一個輸出的數字表達。從一個調製器的樣本串到一個24比特的數字碼,這個轉換過程要比delta-sigma輸入結構的採樣速率慢得多(FD,參考1)。因而,delta-sigma轉換器有兩個採樣率(FS,FD)。但是,一階抗混濾波器的目標頻率是輸出數據速率FD.在參考1中,您可以找到delta-sigma轉換器的基本抗混濾波器設計概念。

  圖1 這個整隻濾波器可衰減RFLT/2和CFLT的差分噪聲,以及CCM_P和CCM_N的共模噪聲。

  請注意,參考1和參考2中的電路和論述方法僅解決了減少差分噪聲問題,而無關轉換器的輸入阻抗或共模噪聲。

  對於轉換器的輸入阻抗,在測量AINP和AINN之間的電壓期間,delta-sigma轉換器開關電容輸入端的電容器會連續地充電和放電。與外部電路相比,這些內部電容(CB、CA1及CA2)相對較小。因而,其平均輸入阻抗顯示爲阻性。轉換器的電容值和調製器的轉換速率決定了這一電阻值。

  測量圖2中結構的共模輸入阻抗時,需將AINP與AINN接到一起,並測量轉換期間每個管腳消耗的平均電流。測量差分輸入阻抗時,需給AINP與AINN施加一個差分信號,測量從管腳流至VA的平均電流。共模和差分電阻的範圍爲幾百千歐姆至幾百兆歐姆。其數值取決於轉換器內部輸入開關電容結構後面跟隨的電路。RFLT/2的值必須比轉換器的輸入阻抗低至少10倍。

  兩隻共模電容CCM_P和CCM_N用於衰減高頻共模噪聲。差分電容至少應比共模電容大一個數量級,因爲共模電容的失配會導致差分噪聲。

  如果進入任何ADC的輸入信號中包含有高於一半數據速率的頻率,即會發生混淆現象。爲防止此現象的發生,應對包含噪聲和干擾成分的輸入信號進行頻帶限制。Delta-sigma轉換器中的數字濾波器可提供一些高頻噪聲衰減功能,但是數字sinc濾波器不能完全代替抗混濾波器。在設計一個輸入濾波器電路時,要考慮轉換器過濾器網絡和輸入阻抗之間的相互作用。

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