SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器的抗混疊濾波考慮因素

（文章來源：電子工程世界）

在物聯(lián)網(wǎng)和云計算成為生活一部分，在行業(yè)媒體大肆宣揚之際，通過采用最先進的技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計，老式電子元件并未停止前進的步伐。其中一個例子是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該器件現(xiàn)在可以超過每秒一兆次采樣（MSPS）的速率實現(xiàn)32位分辨率，輕松通過傳統(tǒng)的計量基準(zhǔn)測試。

這些高精度轉(zhuǎn)換器可以顯示高于16位的分辨率，規(guī)定可比靜態(tài)和動態(tài)特性，并且在儀表儀器和大型通用采集系統(tǒng)（測試、設(shè)備認證）、專業(yè)系統(tǒng)（醫(yī)療應(yīng)用和光譜學(xué)數(shù)字成像）等專用領(lǐng)域以外，它們已經(jīng)進入許多過程控制應(yīng)用、可編程控制器、大型電機控制以及電能輸配等領(lǐng)域。目前，幾種ADC架構(gòu)在精度方面不相上下；根據(jù)不同需求，具體的選擇視模數(shù)轉(zhuǎn)換原理、逐次逼近寄存器（SAR）以及Σ－Δ而定，在數(shù)MSPS速率下，這些架構(gòu)分別支持最高24位或以上的分辨率，為24位或更多，在幾百kSPS速率下支持32位分辨率。

圖1所示為適用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的這類分區(qū)的一個典型示例。在調(diào)節(jié)差分或非差分信號（放大、縮放、自適應(yīng)和電平轉(zhuǎn)換等）之后，在數(shù)字化之前對后者進行濾波以滿足奈奎斯特準(zhǔn)則。根據(jù)ADC的過采樣速率，要使用額外的數(shù)字濾波來達到采集系統(tǒng)的規(guī)格要求。

由于對超寬輸入動態(tài)范圍的需求增加，許多上述應(yīng)用采用了最先進的高分辨率ADC。隨著動態(tài)范圍的增加，系統(tǒng)性能預(yù)計會提高，模擬調(diào)節(jié)鏈會減小，擁堵、能耗，甚至是材料成本都會下降。

在超快高分辨率模數(shù)編碼器出現(xiàn)之前，一般通過以下辦法解決動態(tài)范圍問題：使用快速可編程增益放大器、更快的比較器和／或并聯(lián)若干ADC，最后加上合適的數(shù)字處理模塊，以實現(xiàn)強信號的數(shù)字化，區(qū)分接近噪聲水平的小信號。實際上，量化噪聲和熱噪聲被同化為白噪聲，該噪聲在整個奈奎斯特頻帶及以外均勻分布。過采樣之后，通過濾波和嚴(yán)格以最小所需采樣速率（或2 × BW）限制有用頻帶，頻帶每降低一個倍頻程，噪聲能量將降低3 dB，如圖2所示。換句話說，過采樣因子為4時最為理想，在理論上使信噪比增加了6dB；即是說，增加了一位，如等式1所示：

圖1．典型測量信號鏈。

圖2．通過添加數(shù)字抽取濾波器比較頻譜噪聲密度。

總之，過采樣有兩個優(yōu)點，一是可以提升信噪比，二是可以放寬對位于ADC之前的抗混疊模擬濾波器的要求。
（責(zé)任編輯：fqj）