高精度SAR模数转换器的抗混叠滤波考虑因素

周五, 26 十月 2018 - 11:24

作者：Patrick Butler

简介

在物联网和云计算成为生活一部分，在行业媒体大肆宣扬之际，通过采用最先进的技术和优化设计，老式电子元件并未停止前进的步伐。其中一个例子是模数转换器，该器件现在可以超过每秒一兆次采样(MSPS)的速率实现32位分辨率，轻松通过传统的计量基准测试。

这些高精度转换器可以显示高于16位的分辨率，规定可比静态和动态特性，并且在仪表仪器和大型通用采集系统（测试、设备认证）、专业系统（医疗应用和光谱学数字成像）等专用领域以外，它们已经进入许多过程控制应用、可编程控制器、大型电机控制以及电能输配等领域。目前，几种ADC架构在精度方面不相上下；根据不同需求，具体的选择视模数转换原理、逐次逼近寄存器(SAR)以及∑-Δ而定，在数MSPS速率下，这些架构分别支持最高24位或以上的分辨率，为24位或更多，在几百kSPS速率下支持32位分辨率。当面对这些分辨率和精度水平时，这些转换器提供的有用动态范围很容易超过100 dBFS（满量程）的神奇屏障，用户面临的真正挑战体现在为要数字化的信号设计模拟调理电路，以及相关抗混叠滤波器的设计两个方面。在过去的二十年中，采样速率和滤波技术已经有了很大的发展，现在我们可以结合运用模拟和数字滤波器，在性能和复杂性之间达到更好的平衡。

图1所示为适用于数据采集系统的这类分区的一个典型示例。在调节差分或非差分信号（放大、缩放、自适应和电平转换等）之后，在数字化之前对后者进行滤波以满足奈奎斯特准则。根据ADC的过采样速率，要使用额外的数字滤波来达到采集系统的规格要求。

由于对超宽输入动态范围的需求增加，许多上述应用采用了最先进的高分辨率ADC。随着动态范围的增加，系统性能预计会提高，模拟调节链会减小，拥堵、能耗，甚至是材料成本都会下降。

<center>图1. 典型测量信号链。</center>

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