חשיבותם של מסננים נגד הפליה שרשרת אותות ADC

ממירים אנליגנו-ל-דיגיטליים (ADCs) הם הגשר בין העולם האנלוגי המתמשך לבין התחום הדיגיטלי דיסקרטי.כל מדידה, הקלטת אודיו, שידור רדיו או חיישן קוראלוט שנכנס למיקרו-בקר, DSP, או FPGA חייב לעבור לראשונה דרך ADC, אך אתגר יסודי ולעתים קרובות מאיים על הדלנות של המרה זו: שמאליות, ללא ספק, כדי לבדוק את אותותיה הכרחיים, כדי לנפץ את מערכת ההגנה האלקטרומגנטית, אלא אם כן, היא בגדר מטרה זו.

בעיית ה- Aliasing: A Foundation in Sampling Theory

(ב) , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) אם ה' י' (ב)' (ב)') ,ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]

עליסוס אינו מוגבל לטונים טהורים.רעש פס רחב, הרמוניות, והפרעה לכל קפפל לתוך פס, העלאת רצפת הרעש וצמצום מספר ה bits היעיל של הממיר.במקרים חמורים, איליה יכולה לחלוטין להסוות את אות העניין.

מטרת מסנן אנטי-אליות

[המסנן נגד הפליה הוא מסנן נמוך הנימוק מיד לפני קלט ADC.תפקידו הוא להגביר את כל אנרגיית האות מעל תדירות Nyquist לרמה נמוכה מספיק כי כל מרכיבים משונים שאריות אינם ניתנים להכחשה בהשוואה לקומה הרעש של המערכת או תקציב שגיאה מקובל.

על חיל האוויר לשמור על שלמות אותות מתחת ל-FLT:0irfLT ( 1:1 ⁇ FLT): 2sFLT 3: 2. כל פיסת מדרגה, עיכוב קבוצתי, או שינוי שלב לא ליניארי שהוצג על ידי המסנן יעוות את האות המרשימה.

סוגי מסנן: מסחר-Offs and Characteristics

אין ציטולוגיה מסנן אחת טובה ביותר עבור כל יישומי ADC. מהנדסים לבחור בין מספר משפחות מסנן אנלוגיות קלאסי, כל אחת עם סחר ייחודי בין שטוחות פס, אטמורציה פס, לינאריות שלב, רגישות רכיב.

עקבו אחרי TERRworths

מסנן Butterworth מיועד לכיסוי פס מקסימלי.התגובה הגודל שלו הוא מונוטוני, ללא קרוע בפס המעבר או פס קצה.קצב רול-off הוא -20 dB / decade לכל קוט (למשל, 60 dB / decade עבור מסנן מסדרה 6).

פילטר Chebyshev

צ'בישב (Type I) מסננים להשיג גליל תלול יותר מאשר Butterworth של אותו סדר על ידי מתן ripple Passband. The ripple size (בדרך כלל 0.1B ל 1 dB) הוא פרמטר עיצוב. עבור הזמנה נתונה, מסנן צ'בישאר יש רצועת מעבר חדה יותר, כלומר את עצירה בביקוש לפסיבי יכול להיות נפגש עם פחות סטרומים זה (אונד) אבל יש פחות מסובך יותר מחוספס אחד.

Bessel Filters

כאשר שמירה על צורת הזמן של אות היא קריטית - כגון בתקשורת מבוססת הדופק או מדידות חולפות - מסנן Bessel הוא המועדף. התגובה בשלב זה ליניארית מקסימלית עד תדירות הניתוק, וכתוצאה מכך עיכוב קבוצתי קבוע כמעט.זה אומר הדופק או העלאה של שלב יישמרו עם בעיות מינימליות overshooting וצלצול.העונש הוא גליל הדרגתי (נמוך יותר מאשר עם רזולוציה גבוהה) לעתים קרובות יותר מאשר קדמית של רזולוציה גבוהה של קדמית (rece) מאשר קדמית (recerence) נמצאים בשימוש קדמית של קדמית של קדמית של קדמית קדמית של קדמית של קדמית).

אליפותטי (Cauer) filters

מסננים אלפטיים מציעים את רצועת המעבר הגבוהה ביותר האפשרית עבור הזמנה נתונה על ידי הצגת ripple בשני פסים ופס עצירה.הם יכולים להשיג אינטנסיבי מאוד עצירות גבוהה מאוד קרוב לקצה הפס.הידידים הם עוברים משמעותיים פס פס פס עובר שלב לא ליניארי חמור.אלפטיטיסים משמשים לעתים רחוקות בשלבים מדויקים AAF עקב עיוות הם מציגים, אבל הם עשויים להופיע בדרישות רגישות גבוהה, כלומר, כלומר, דרישות פילטרים מאוד, הן מאוד, הן רגישות גבוהה, כאשר הם נמצאים ברזולוציה גבוהה, כלומר, כלומר, הן פילטרים, הן דרישות פילטרים מאוד, הן פילטרים מאוד, הן מאוד, הן פילטרים מאוד, כאשר הם נמצאים לעתים רחוקות מאוד, כאשר הם נמצאים לעתים רחוקות.

דרישות עבור Real-World AAFs

בחירת טופולוגיה מסנן היא רק הצעד הראשון.היישום המעשי חייב לקחת בחשבון את סובלנות הרכיב, סחף טמפרטורה, מגבלות דגימה, ופסיטיסטיקה הפריסה.

חיתוך תדירות ומסדר

פעיל נגד יישום פסיבי

בתדרים נמוכים (audio, Sonar, כלי תעשייתי), מסננים פעילים באמצעות מגבר תפעוליים נפוצים.הם מספקים רווח, תנופה גבוהה, ופלט נמוך, והם יכולים לממש תשובות מסדר גבוה ללא מחנכים גדולים.הדג 'הדג' חייב להיות מספיק גבוה של מוצר פסילי (GBW) וקצבי תמיכה בתדירות המסנן ללא הצגת עיוותים פעילים יותר.

סובלנות וטמפרטורות ד"רift

רקטורים ו- capacitors המשמשים במסננים פעילים בדרך כלל יש סובלנות של ±1% או ±5%, אשר ישירות לשנות את תדרי הקוטב ו- Q-factors. סעיף מסנן שני עם Q של 007 עשוי להיות למעשה Q משתנה בין 0.6 ל 0.85, שינוי של העובר קרועה לחתוך.

נהיגה ב-ADC

מסנן האנטי-פליינגס עצמו מוסיף רעש. Resistors לייצר רעש תרמי, ו- Op-amps לתרום הן מתח והן רעש נוכחי.כדי למנוע הורדת SNR של ADC, רעש הפלט של המסנן חייב להיות נמוך יותר מאשר רצפת הרעש הקוונטי של ADC, יתר על כן, המסנן חייב לספק דחף נמוך ל-ADC, המדבקות של ADC, לעתים קרובות, לאחר ש-ADC, עלולים לספק דחף איטי ליישבים למקם את ה-ADC, לאחר שלעתים קרובות, לא צריך לגרום ל-Acap פנימי של מכשיר ה-ADC, או ל-ADC, לאחר שיגרום להפחתה של מכשיר ה-ADC, לאחר שיגרום ל-ADC, לאומטמים.

השפעה על ביצועי מערכת

איכות מסנן נגד הפליה משפיעה ישירות על מדדי ביצועים מרכזיים של ADC:

(ב) [15] ,0) ,ל-לא-מסו (SNR): מסנן 1:1 נכון למנוע רעש מתוך פס מתקפל פנימה ולהגדיל את רצפת הרעש.ללא AAF, ה-SNR עשוי להיות מוגבל באופן מלאכותי גם אם ה- ADC הוא ברזולוציה גבוהה.
(FLT:0) , דינמיקה חופשית ללא תשלום (SFDR): רכיבי הרמוניים ומודולציה 1:1 השוכנים מעל Nyquist יהיוlias בתדרים נמוכים יותר, מופיעים כטונים מעוררים.
(FLT:0) מספר מלא של ביטים (ENOBIR): 1:1 השילוב של רעש, עיוות, ו aliasing להפחית את ENOB. מסנן מתוכנן היטב עוזר ל- ADC גישה לביצועים התיאורטיים שלו.
(FLT:0) מחיקה ברמת אות נמוכה: ⁇ 1 גם אם האות הרצוי הוא קטן, גדול מחוץ לפס יכול ליישב את שלב קלט ADC או לייצר מוצרים בין-מודולציה ליפול בפס.

אתגרים מודרניים ופתרונות מעורבים

בעוד ADCs לדחוף לשיעורי דגימות גבוהים יותר רוחב פס רחב יותר, הדרישות של מסננים נגד הפליה הופכות חמורות יותר.ב מקלט רדיו מוגדר תוכנה (SDR), ADC עשוי לפעול במאות מגה-מפרסמים לשנייה, ואת אזור Nyquist משתרע על מאות מגה-הרץ.

מגמה נוספת היא שילוב של AAFs על שבב. כמה ADCs מודרניים כוללים מסננים מקיפים שניתן להתאים באמצעות תוכנה, המאפשר לאותו מכשיר לפעול במגוון רחב של מצבי רוחב פס ללא שינויים מרכיבים חיצוניים.פילטרים משולבים אלה עשויים להשתמש בטכניקות של החלפת קמצטור או פעיל-RC להתנצלות.

בהדפסה ובדמיה רפואית, הצורך ברעש אולטרה-נמוך ובינאריות גבוהה הופך מסננים LC פסיביים עם רכיבים דיסקרטיים עדיין נפוצים. Hand-tuning of filter קטעים בייצור הוא לפעמים הכרחי כדי לענות על מפרטים מחמירים.

הנחיות מעשיות למהנדס העיצוב

כאשר מתחילים עיצוב שרשרת אות ADC חדש, בצע את השלבים האלה כדי להבטיח יעילות נגד הפליה:

דרישות מערכת:0 (Determine system: FLT:1rea Signal, דרש SNR /SFDR, ADC רזולוציה וקצב מדגם, אפשר לעבור ripple, וסובלנות שלב.
(ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0Select afilology מסנן:FLT:1 Butterworth for passband, Chebyshev for lever roll-off with ripple, Bessel for ליניארית. for Troubleלהקות, שקול אלפטי אך רק אם עיוות שלב הוא מקובל.
<חזק>Choose פעיל או פסיבי: פעיל עבור <1 MHz, LC פסיבי בתדרים גבוהים יותר.וודא את הדגה (אם פעיל) יש מספיק GBW ועיוות נמוך.
(FLT:0) ספקולציות עם מודלים של מרכיב אמיתי: FIRLT:1 , Includes, parasitics, ואפקטי טמפרטורה.בדוק כי מסנן המזוודה הגרוע ביותר עדיין עומד בפני דחיית פסים.
(FLT:0)Add aנהג שלב: FLT:1 גם עם מסנן פעיל, נהג ADC ייעודי עשוי להיות נחוץ כדי לספק תפוקה נמוכה, התיישבות מהירה והגנה מפני בעיטות מדגמי ADC.
(FLT:0)Prototype ומדכא: FLT:1rea השתמש מנתח רשת או מנתח ספקטרום כדי לאשר את תגובת התדירות של המסנן.בדוק עבור שיא, רעש מופרז וסימנים של oscillation.

מסקנה

מסננים נגד הפליה אינם מותרות בשרשרת האות ADC - הם תנאי מוקדם לדיגיטליזציה מדויקת.על ידי הבנת המנגנון הבסיסי של ההשלמה והמסחר בין סוגים מסננים, מהנדסים יכולים לעצב AAF שמשמר את נאמנות האות, ממקסמת טווח דינמי, ועונה על מפרט מערכת פשוטה של 2-אך שווה עבור נתונים במהירות נמוכה או גמישה של מקלט תקשורת מורכבת יותר.

לקריאה נוספת, ראה את רשימות היישום הקלאסי מ-FLT:0Analog מכשירים FLT:1, TheFLT:2Texas Instruments מדריך לסינון סינון נגד לטיליזציה של עיצוב סינון 3, ואת הנייר IEEE על FLT:4optimizing הזמנה עבור במהירות גבוהה ADCsFreave:5.