精细模数转化器运用广泛，如仪器仪表和丈量、电力线继电保 护、进程操控、电机操控等。现在，SAR 型ADC 的分辩率可 达18 位乃至更高，采样速率为数MSPS;Σ-Δ 型ADC 的分辩 率则到达24 位乃至32 位，采样速率为数百kSPS。为了充沛 运用高功能ADC 而不约束其才能，用户在下降信号链噪声方 面(例如完结滤波器)面对的困难越来越多。
本文评论在ADC 信号链中完结模仿和数字滤波器以便到达最 佳功能所涉及到的规划应战和考虑。如图1 所示，数据收集信 号链能够运用模仿或数字滤波技能，或两者的结合。精细SAR 型和Σ-Δ 型ADC 一般在榜首奈奎斯特区进行采样，因此，本 文将侧重评论低通滤波器。本文的目的不是评论低通滤波器的 详细规划技能，而是评论其在ADC 电路中的运用。
图1.一般数据收集信号链
抱负滤波器和实践滤波器
抱负低通滤波器应当具有很陡的过渡带，其通带应具有超卓的 增益平整度，如图2 中的砖墙虚线所示。此外，阻带衰减应将 任何剩余带外信号下降至0。某些常用实践滤波器的呼应如图2 中的五颜六色线条所示。假如通带增益不平整或有纹波，这种呼应 或许会影响基频信号。阻带衰减不是无限的，会约束对带外噪 声的挑选。过渡带也或许没有峻峭的滚降，导致对截止频率周 围的噪声衰减欠安。别的，一切非抱负滤波器都会引进相位延 迟或群推迟。
图2.抱负滤波器与实践滤波器的起伏呼应比照
模仿滤波器与数字滤波器
模仿低通滤波器能够在ADC 转化之前消除信号途径中的高频 噪声和搅扰，协助防止混叠噪声污染信号。它还能消除滤波器 带宽之外的过驱信号的影响，防止调制器饱满。产生输入过压 时，模仿滤波器还能约束输入电流，衰减输入电压。因此，它 能维护ADC 输入电路。叠加于挨近满量程信号上的噪声尖峰 或许会让ADC 的模仿调制器饱满，有必要运用模仿滤波器将其 衰减。
由于数字滤波产生在转化之后，因此能够移除转化进程中注入 的噪声。在实践运用中，采样速率远高于奈奎斯特理论指出的 两倍基频信号频率。因此，后置数字滤波器能够运用针对更高 信噪比和更高分辩率的滤波技能来下降转化进程中注入的噪 声，例如：信号带宽之外的输入噪声、电源噪声、基准源噪声、 数字接口馈通噪声、ADC 芯片热噪声或量化噪声。
表1扼要列出了模仿滤波器与数字滤波器的长处和缺陷。
表1.模仿滤波器与数字滤波器
多通道匹配差错 是 否
模仿滤波器考虑
抗混叠滤波器放在ADC 之前，因此这些滤波器有必要为模仿滤 波器。抱负抗混叠滤波器具有如下特性：通带内具有单位增益， 无增益改变，混叠衰减水平与所用数据转化体系的理论动态范 围共同。
依据架构不同，ADC 会有不同的输入电阻，这会影响输入滤 波器规划。以下考虑联系到ADC 模仿输入滤波器的规划。
与ADC 前端接口的RC 抗混叠滤波器的约束
在Alan Walsh 为Analog Dialogue 杂志编撰的文章精细SAR 型模数转化器的前端和放大器
和RC 滤波器规划中，有一个 针对 AD7980 ADC 的RC 滤波器运用示例，如图3 所示。
算出的RC 滤波器是一个低通滤波器，截止带宽为3.11 MHz。 可是，某些规划人员或许会意识到，3.11 MHz 远大于100 kHz 的输入信号频率，因此，该滤波器无法有用下降带外噪声。为 完结更高动态规模，能够换用590 Ω 电阻，以取得100 kHz 的 –3 dB 带宽。这种办法主要有两个问题。由于通带中会有更多 衰减，关于AD7980 ADC 示例，100 kHz 邻近的起伏衰减最高 可达30%，因此，信号链精度会大大下降。带宽越小，则树立 时刻越长，这使得AD7980 的内部采样坚持电容无法在指定的 收集时刻内完结充电，因此无法履行下一次有用转化。这导致 ADC 转化精度下降。
规划人员应当保证ADC 之前的RC 滤波器能在方针收集时刻内 彻底树立。这对需求较大输入电流或具有等效的较小输入阻抗 的精细ADC 来说反常重要。某些Σ-Δ 型ADC 在无缓冲输入模 式下对输入RC 值的要求最高。能够将具有较大电阻或电容的超 窄低通滤波器放在一般具有较大输入阻抗的输入放大器之前。 或许能够挑选具有极高输入阻抗的ADC，例如ADAS3022，其 输入阻抗为500 MΩ。
图3.选用16 位1 MSPS ADC AD7980 的RC 滤波器
1. 多路复用采样信号链的滤波器树立时刻
在通道间切换时，多路复用输入信号一般含有较大的阶跃。最 差情况下，一个通道处于负满量程，而下一个通道则处于正满 量程(见图4)。这种情况下，当多路复用器切换通道时，输入 阶跃巨细将是ADC 的满量程。
关于这些通道，能够在多路复用器之后运用一个单通道滤波 器，使得规划更简略，本钱更低。如上所述，模仿滤波器必定 会引进树立时刻。每次多路复用器在通道间切换时，该单通道 滤波器都有必要充电到所选通道的值，因此会约束吞吐速率。为 进步吞吐速率，能够在多路复用器之前为每个通道添加一个滤 波器，但这样做会进步本钱。
图4.多路复用输入信号链
2. 通带平整度和过渡带约束与噪声的联系
遭受高噪声的运用，尤其是在挨近榜首奈奎斯特区边际处产生 很高搅扰的运用，需求滚降凶猛的滤波器。但是，人们已从实践模仿低通滤波器得知：从低频到高频，幅 度会滚下来，并有一个过渡带。添加滤波器级数或阶数能够改 善带内信号的平整度，并使过渡带收窄。但是，这些滤波器的 规划很杂乱，由于它们对增益匹配十分灵敏，以至于无法完结 数阶的衰减起伏。此外，在信号链中添加任何元件(如电阻或 放大器)都会引进带内噪声。
图5.不同阶数的抱负巴特沃兹滤波器过渡带
关于某些详细运用，模仿滤波器规划的杂乱度和功能需求进行 取舍。例如，在选用AD7606 的电力线继电器维护运用中，对 于50 Hz/60 Hz 基频输入信号及其相关前五次谐波，维护通道 的精度要求低于丈量通道。维护通道能够运用一个一阶RC 滤 波器，而丈量通道运用二阶RC 滤波器，以便供给更好的带内 平整度和更急剧的滚落过渡。
3. 同步采样的相位推迟和匹配差错
滤波器规划不仅仅联系到频率规划，用户或许还需求考虑模仿 滤波器的时域特性和相位呼应。在某些实时运用中，相位推迟 或许十分重要。假如相位随输入频率而改变，那么相位改变将 更糟糕。滤波器的相位改变一般用群推迟来衡量。关于十分数 群推迟，信号会在时刻中分散，导致脉冲呼应变得很差。
关于多通道同步采样运用，例如电机操控或电力线监控中的相 电流丈量，还应考虑相位推迟匹配差错。保证滤波器在多个通 道上引起的额定相位推迟匹配差错能够忽略不计，或许在作业 温度规模的信号链差错预算规模内。
4.低失真和低噪声运用的元件挑选应战
关于低谐波失真和低噪声运用，用户有必要为信号链规划挑选合 乎要求的元件。模仿电子元件不是彻底线性的，会引起谐波失 真。Walsh 的文章中评论了怎么挑选低失真放大器和怎么核算 放大器噪声。放大器等有源元件需求低THD + N，一起也要考 虑一般电阻和电容等无源元件的失真和噪声。
