三大指导原则助你设计抗混叠滤波器

抗混叠滤波器的设计包括一个过采样架构和一个补充数字抽取滤波器。这个过采样架构将那奎斯特频率放置在远离信号带宽的位置上，而数字抽取滤波器衰减大多数有害的带外信号。当把二者组合在一起时，它们可以实现更加自由的抗混叠滤波器响应，只需几个分立式组件即可实现这一功能。 抗混叠滤波器在信号处理中扮演着至关重要的角色，尤其在高精度模拟到数字转换（ADC）系统中，其设计必须遵循特定的原则以确保有效去除带外噪声，防止混叠现象的发生。混叠是当信号的高频成分被错误地折叠到较低频率时产生的，这可能导致信号失真。下面我们将详细探讨设计抗混叠滤波器的三大指导原则。 选择合适的滤波器截止频率是至关重要的。通常，抗混叠滤波器采用低通滤波器的形式，如单极或双极滤波器，利用串联电阻和电容实现。滤波器的截止频率应该设置在ADC采样频率的十分之一以下，以确保带外噪声至少被压制10倍以上。如果需要处理更宽频率范围的信号，可以考虑增加滤波器的阶数，比如添加额外的RC对，以获得更陡峭的滚降特性。例如，一个双极滤波器可以提供更宽的平坦通带，并在接近采样频率时保持足够的衰减。 考虑到ADC通常接收差分信号，设计中必须同时考虑差分滤波和共模滤波。共模滤波器用于抑制共模噪声，但组件容差可能导致滤波效果不一致，从而影响共模抑制(CMR)性能。为了改善这种情况，可以添加差分滤波器，其截止频率低于共模滤波器，以减轻由组件不匹配引起的误差。通过这种方式，可以增强系统的整体滤波效果，尤其是在对CMR有高要求的应用中。 第三，选择合适的组件值是降低噪声和误差的关键。电阻器的热噪声应被控制在ADC噪声地板之下，以避免对测量结果产生负面影响。电阻器的大小应尽可能小，以减少串联电阻引入的噪声和偏移电压。另一方面，滤波电容的选择则倾向于使用较大值，因为更大的电容可以提供更多的电荷，有助于减少ADC调制器的采样电荷注入和瞬态电流的影响。推荐使用NP0/C0G类型的陶瓷电容器，因其具有高Q因子、低温度系数和稳定的电气特性。 设计抗混叠滤波器需要综合考虑滤波器的截止频率、差分与共模滤波的关系以及组件选择，以实现最佳的抗混叠性能。过采样架构和数字抽取滤波器的结合可以进一步优化滤波器响应，减少所需组件数量，提高系统的灵活性和效率。在设计过程中，遵循上述原则可以帮助工程师避免引入不必要的误差，从而确保系统能够准确、稳定地处理各种信号。