Analog-dijik dönüştürücüler (ADC) sürekli analog dünya ve ayrık dijital alan arasındaki köprüdür. Her ölçüm, ses kaydı, radyo iletimi veya sensör, mikro kontrole giren, DSP veya FPGA, ADC'nin ilk geçişini ortadan kaldırmak için bir temel ve sıklıkla yanlış anlaşılmaz bir meydan okumadır: Bu efektsüz, kontrolsüz, bir şekilde kontrol edilen sinyaller, sinir bozucular, DSP'ye giriş, ve bir sistemin dinamik aralıklarını inceler.

Aliasing Problemi: Sampling Theory

Aliasing, bir analog sinyalin en yüksek frekanslı bileşenlerinin belirsiz bir şekilde yakalanabilmesi için, Nyquist-Shannon örnekleme ile başlar: [Döndergili bir bantla sürekli sinyal:0][Dönemli:2)[Dönemli[Dönemli:2)[Dönemli:2|Dönemli)[Düzücükler[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli:

Sonuç olarak, bu enerji, alt bölgeye (Dönetici) geri dönülemez.[Dönetici:0)[Dönetici: 1 )[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli))[Dönemli) · 9-[Dönemli) · 9-[Dönemli)

Aliasing, saf tonlarla sınırlı değildir. Broadband gürültü, harmonik ve tüm katları geçiş bölgesine müdahale etmek, gürültü zeminini arttırmak ve dönüştürücünün etkili sayısını azaltmak. Şiddetli durumlarda, aliasing tamamen ilgi sinyalini maskeleyebilir.

Anti-Aliasing Filtreünün Amacı

Bir anti-aliasing filtre, ADC girişinden hemen önce yerleştirilen düşük bir filtredir. Onun için istenen sinyal grubu mükemmel bir şekilde geçer ve yukarıdaki her sinyal kaybı, herhangi bir oturma bileşeninin (FLT) üzerindeki her şeyi engeller.).)

AAF ayrıca aşağıdaki sinyallerin bütünlüğünü de korumalıdır:0)f[DÜT:1])) (2) 2. Herhangi bir amplitüd dalgalanması, grup gecikme varyasyonu veya doğrusal olmayan faz değişimi, filtre tarafından getirilen sayısal sinyalin indirilmesi gibi uygulamalar için.

Filtre Türleri: Ticaret-Offs ve Özellikleri

Tek filtre topoloji tüm ADC uygulamaları için en iyisidir. Mühendisler birkaç klasik analog filtre aileleri arasından seçim yaparlar, her biri geçişli düzlük, stopband intenuation, faz lineity ve bileşen duyarlılığı arasında ayrı bir ticaretle.

Amaterworth Filtreler

Butterworth filtre maksimum geçiş için tasarlanmıştır. büyüklüğü yanıt monotondur, ya da uç bandında dalga geçilmemelidir. roll-off oranı -20 dB/decadecade per pole (e.g., –60 dB/decade for a altıncı sipariş filtresi) Ancak, sinyal bozulması ve gerektiğinden dolayı hızlı bir şekilde korunmalıdır.

Chebyshev Filtre

Chebyshev (Type I) filtreler, bir Chebyshev filtrenin geçiş kapısına izin vererek aynı siparişin Butterworth'dan daha sert bir geçiş bandı elde eder.Bu, bileşen veya yönetim alanının 1 dB'ye kadar kısıtlanmış olması gerekir.

Bessel Filtreler

Bir sinyalin zaman alanı şeklini korumak kritiktir - naife dayalı iletişim veya geçici ölçümler gibi - Bessel filtre tercih edilir. aşaması yanıtı, aynı düzenin maksimum frekansına kadar lineerdir ve düşük stopbandın neredeyse sürekli olarak sabit bir grup gecikmesi ile sonuçlanır.Bu, yüksek çözünürlüklü ADCs'lerin önünde bir adımın altında tutulması anlamına gelir.

Elliptic (Cauer) Filtre

Elliptik filtreler, hem geçiş bandında hem de stopbandda dalgalanan bir sipariş için en dik olası geçiş bandı sunar.Görüntüleme gereksinimlerinin aşırı ve sinyal bandının hassas bir bölgeden dolayı nadiren kullanılır.

Gerçek Dünya AAF'lar için tasarım dikkate alınır

Bir filtre topolojiyi seçmek sadece ilk adımdır. Pratik uygulama bileşen toleransları, sıcaklık sürüklenmesi, aamp sınırlamaları ve parasitics için dikkate almalıdır.

Cutoff Frekans ve Order

Filtrenin köşe frekansı ([Dönetici:0)[Dönetici:2|Dönetici: 9))[Dörtücükler için gerekli olan bir dizi ayardır.[Dörtücükler, bir güvenlik marjı ile ayarlandığında, ancak kutuplular için yeterli bir şekilde geri çekilmeye devam eder.[Dönemli)[Döneticileri: 9/01/2012).

Aktif vs. Passive Implementation

Düşük frekanslarda (ya da, oğlumar, endüstriyel enstrümantasyon), operasyonel yükselteçleri kullanarak aktif filtreler yaygındır. Paragrafları tanıtmaksızın, yüksek giriş engellenir ve birkaç megahertz'dan daha iyi siparişler fark edebilir, çünkü aktif bileşenler önemli gürültü ve doğrusal olmayan tepkiler verir. Modern bütünleşik AAF'lar (S.G.) ve ADC sürücüsü IC'nin frekansı aralığına bir araya getirerek, aktif bir esnekliğe sahip değildir.

Bitirme Toler ve Sıcaklık Drift

Aktif filtrelerde kullanılan dirençler ve kapasitörler genellikle geçiş bandının ripple ve kesicileri değiştirmelidir. yüksek sipariş filtrelerini doğrudan değiştirir ve üst üste ikinci sıra filtre bölümü, 0.707 nominal Q ile giriş yaparak gerçek Q farklı 0.6 ve 0.85 olabilir, geçiş bandının rip ve kesicilerini değiştirebilir. yüksek sipariş filtrelerini (altı sıra ve yukarıda) ısıtılabilir.

Gürültü ve ADC sürüş

Anti-aliasing filtrenin kendisi gürültüyü ekliyor. Dirençler ısı gürültüyü yaratır ve ADC'nin SNR'sini yükseltmek için, filtrenin çıktı gürültüyü azaltamaz, ayrıca bir yükleyiciyi veya ADC'nin geçişine adanmıştır.

Sistem Performansı Üzerine Etkisi

Anti-aliasing filtrenin kalitesi doğrudan anahtar ADC performans ölçümlerini etkiler:

  • [FONT:0)Signal-to-Noise Oranı (SNR): [DFLT:1), Proper filtreleme, AAF olmadan gürültü zeminini katlama ve yükseltilmeden dışarı çıkabilmeyi önler.
  • [FONT=0)Spurious-Free Dynamic Range (SFDR):[Dönetici:0) Nyquist'nin yukarıda yer alan harmonik ve intermodülasyon bileşenleri, dönüşümden önce ortaya çıkan keskin bir AAF.
  • [FONT:0)Effective Number of Bits (ENOB): [Dönetici: [FONT:0) Gürültü, bozulma ve aliasing kombinasyonu ENOB. İyi tasarlanmış bir filtre, ADC'nin teorik performansına yaklaşımına yardımcı olur.
  • [FONT:0] Low Signal Levels'ta baskı: İstenen sinyal küçük olsa bile, büyük bant blokerler ADC giriş aşamasını satabilir veya Intermodulation ürünlerini satabilir. AAF ADC ADC'yi koruyan bir önlülük olarak hareket eder.

Modern Meydanlar ve Evolving Solutions

ADC'ler daha yüksek örnek oranlarına ve daha geniş bantlara itiyor gibi, anti-aliasing filtreler üzerinde talepler daha şiddetli hale gelir.Bir yazılım tanımlı radyo (SDR) alıcı, ADC, yüzlerce megasamples per second, ve Nyquist bölgesi ikinci olarak çalışır ve en iyi şekilde filtrelenmiş bir filtreyi tasarlarken, çok az sayıda teknikle bir analoga kadar basit bir şekilde uzaklaştırır.

Başka bir eğilim, çip üzerinde programlanabilir AAF'ların entegrasyonudur. Bazı modern ADCs, yazılım tarafından ayarlanabilir, aynı cihazın dış bileşen değişiklikleri olmadan birden fazla bantda çalışabilmesine izin verebilir.Bu entegre filtreler, yüksek kapasiteli teknikler veya aktif-RC topolojileri kullanabilir.

Araçlama ve tıbbi görüntülemede, ultra-düşük gürültü ve yüksek lineerlik ihtiyacı, pasif LC filtreleri hala ortaktır. İmalatta filtre bölümlerinin El-tuning bazen katı özellikleri karşılamak için gereklidir.

Tasarım Mühendisi için Pratik Kılavuz

Yeni ADC sinyal zinciri tasarımına başladığında, etkili antialiasing sağlamak için bu adımları izleyin:

  1. [FONT:0)Determin sistem gereksinimleri:[Dönetici:[Dönetici:0) Signal genişlik, SNR/SFDR, ADC kararı ve örnek oranı, geçiş bandının ripple ve faz toleransına izin verdi.
  2. [FONT:0]En az filtre siparişi vermek gerekirse; Geçiş oranına () ve gerekli stopbandı |D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|D|
  3. [FONT:0) Bir filtre topolojisini seçin:[Dönder: 1) Butterworth düz geçiş bandı için Chebyshev, ripple ile diker roll-off için Bessel for lineer stage. For dar geçiş bantları için, elptic ama sadece faz bozulması kabul edilebilir.
  4. Choose aktif veya pasif: Daha yüksek frekanslar için <1 MHz için aktif, pasif LC. op-amp (if aktif) yeterli GBW ve düşük bozulmaya sahiptir.
  5. [FONT:0] Gerçek bileşen modelleriyle ilgili olarak şunları ifade edin:) hoşgörüler, parasitics ve sıcaklık etkileri içerir. En kötü dosya filtre hala stopband reddedilmesini sağlayın.
  6. [FONT:0] Bir sürücü aşaması ekleyin: [Dönetici: [Dönetici:0] Aktif bir filtre ile bile, adanmış ADC sürücüsü, ADC örnekleyicisinden geri dönmeye karşı düşük çıktı açma, hızlı bir şekilde yerleşme ve koruma sağlamalı.
  7. [FONT:0)Prototip ve ölçü:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir ağ analizci veya spektrum analizörü filtrenin frekansı yanıtını doğrulamayı kontrol edin.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Anti-aliasing filtreler ADC sinyal zincirlerinde lüks değildir - doğru sayısallaştırma için ön koşuldur. Düşük hızlı veri logger veya yüksek hızlı iletişim alıcıları arasındaki ticaret bağlantıları anlamak için, yüksek çözünürlükte bir AAF tasarlayabilir ve güvenilir bir analog-değerli dönüşüm taşıyabilir.

Daha fazla okuma için, klasik uygulama notlarını [DÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.[DÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.) ve IEEE kağıt üzerinde yüksek hızlı ADCs ).