电子发烧友网>电子资料下载>电子资料>抗混叠低通滤波器的基础知识（以及它们需要与 ADC 匹配的原因）

抗混叠低通滤波器的基础知识（以及它们需要与 ADC 匹配的原因）

2512910 2022-11-25 | pdf | 365.59KB | 次下载 | 2积分

资料介绍

基本采样数据采集系统——无论是用于物联网、智能家居还是工业控制——如果没有受到保护，就会因混叠而出现不准确，其中由于模拟输入采样不足而产生寄生信号。混叠将频率高于奈奎斯特频率（采样频率的一半）的信号分量折叠回基带频谱，在基带频谱中它们无法与所需信号分离，从而导致错误。此外，高于奈奎斯特频率的噪声也会混频到基带中，从而降低所需基带信号的信噪比 (SNR)。基本采样数据采集系统——无论是用于物联网、智能家居还是工业控制——如果没有受到保护，就会因混叠而出现不准确，其中由于模拟输入采样不足而产生寄生信号。混叠将频率高于奈奎斯特频率（采样频率的一半）的信号分量折叠回基带频谱，在基带频谱中它们无法与所需信号分离，从而导致错误。此外，高于奈奎斯特频率的噪声也会混频到基带中，从而降低所需基带信号的信噪比 (SNR)。防止混叠的解决方案是对输入信号进行频带限制——将所有输入信号分量限制在模数转换器 (ADC) 采样频率的二分之一以下。频带限制是通过使用称为抗混叠滤波器的模拟低通滤波器来实现的。这些滤波器必须在不增加信号失真、噪声或振幅随频率变化的情况下限制带宽。抗混叠低通滤波器设计必须提供快速滚降和足够的阻带衰减，以降低急剧高于奈奎斯特频率的信号幅度。防止混叠的解决方案是对输入信号进行频带限制——将所有输入信号分量限制在模数转换器 (ADC) 采样频率的二分之一以下。频带限制是通过使用称为抗混叠滤波器的模拟低通滤波器来实现的。这些滤波器必须在不增加信号失真、噪声或振幅随频率变化的情况下限制带宽。抗混叠低通滤波器设计必须提供快速滚降和足够的阻带衰减，以降低急剧高于奈奎斯特频率的信号幅度。本文讨论了抗混叠低通滤波器的设计标准，以及为什么以及如何将它们与 ADC 的规格仔细匹配。然后，它将展示如何使用 Analog Devices 的示例设备通过有源或开关电容滤波器元件来实现它们。本文讨论了抗混叠低通滤波器的设计标准，以及为什么以及如何将它们与 ADC 的规格仔细匹配。然后，它将展示如何使用 Analog Devices 的示例设备通过有源或开关电容滤波器元件来实现它们。什么是别名？什么是别名？当系统以不足的采样率采集数据时，就会出现混叠。如果信号包含大于奈奎斯特频率的任何频率，它们将与转换器采样器中的采样频率混合并映射到小于奈奎斯特频率的频率，导致不同信号变得混合并且彼此无法区分（即，一个混叠另一个）在采样期间（图1）。当系统以不足的采样率采集数据时，就会出现混叠。如果信号包含大于奈奎斯特频率的任何频率，它们将与转换器采样器中的采样频率混合并映射到小于奈奎斯特频率的频率，导致不同信号变得混合并且彼此无法区分（即，一个混叠另一个）在采样期间（图1）。图 1：混叠示例。以每秒 2 兆采样率采样的 80 千赫 (kHz) 正弦波（左上）显示没有混叠。将采样率降低到每秒 100 千次采样（左下方）导致信号被解释为具有 20 kHz 的频率。正确采样和混叠信号在缩放视图中重叠（右）。该轨迹上的点显示样本位置。请注意，混叠信号使用正确采样数据的子集。（图片来源：Digi-Key Electronics）图 1：混叠示例。以每秒 2 兆采样率采样的 80 千赫 (kHz) 正弦波（左上）显示没有混叠。将采样率降低到每秒 100 千次采样（左下方）导致信号被解释为具有 20 kHz 的频率。正确采样和混叠信号在缩放视图中重叠（右）。该轨迹上的点显示样本位置。请注意，混叠信号使用正确采样数据的子集。（图片来源：Digi-Key Electronics）左上方网格中显示的信号是一个 80 kHz 正弦波，以每秒 2 兆样本 (MS/s) 的速度采样。在 2 MS/s 时，奈奎斯特频率为 1 兆赫兹 (MHz)；信号远低于此。左下方的网格显示了当采样率降低到每秒 100 千样本 (kS/s) 时发生的情况。Nyquist 频率现在是 50 kHz，80 kHz 正弦波的频率现在高于 Nyquist 频率并且混叠。左上方网格中显示的信号是一个 80 kHz 正弦波，以每秒 2 兆样本 (MS/s) 的速度采样。在 2 MS/s 时，奈奎斯特频率为 1 兆赫兹 (MHz)；信号远低于此。左下方的网格显示了当采样率降低到每秒 100 千样本 (kS/s) 时发生的情况。