發布日期：2022-10-09 點擊率：63
1.前言
濾波在幾乎所有通信系統中都起著重要作用，因為消除噪聲和失真會增加信道容量。設計一個僅通過所需頻率的濾波器相當容易。然而，在實際的物理濾波器實現中，通過濾波器會損失所需的信號功率。這種信號損失對模數轉換器(ADC) 噪聲系數的影響分貝。
更糟糕的是，驅動 ADC 的放大器將在濾波器損耗的倍數處產生失真。例如，如果濾波器有 7dB 的損耗，放大器需要將信號驅動 7dB。這將導致二階產品的電平高出 7dB；三階產品會差14dB。其中一些失真產物（尤其是互調）無法濾除，因此將濾波器損耗保持在最低水平對系統性能至關重要。
圖 1：典型信號鏈
選擇系統組件也是系統設計的關鍵部分。最小帶寬、吞吐速率和輸入頻率之間的這種關系說明：輸入頻率越高，則要求RC帶寬越高。同樣，吞吐速率越高，則采集時間越短，從而提高RC帶寬。采集時間對所需帶寬的影響最大；如果采集時間加倍（降低吞吐速率），所需帶寬將減半。表 1 顯示了一些 ADC，以及它們的輸入規格和對 ADC 和典型 2Vpp 放大器輸出信號之間可接受損耗量的估計。表中顯示的“允許濾波器損耗”是一個任意規格，但它有助于選擇理想的濾波器拓撲。
表1 ：ADC 輸入參數
2.過濾器損耗的來源
有兩種類型的濾波器損耗：與濾波器組件直接相關的損耗和與將濾波器集成到系統中相關的損耗。濾波器元件的損耗幾乎都是由寄生電阻造成的。為了減少元件損耗，請盡量減少濾波器元件的等效串聯電阻 (ESR)。
雖然濾波器組件在理想情況下沒有損耗，但與將濾波器集成到系統中相關的損耗更為復雜。濾波器設計為具有輸入和輸出阻抗，這通常需要電阻器來提供寬帶阻抗匹配，如圖 1 所示。這些匹配電阻器對系統電壓增益的損耗為 6dB。
參考測量是另一個關鍵考慮因素。雖然 RF 系統通常圍繞功率水平設計，但幾乎 100% 的可用 ADC 采樣電壓而不是功率。出于這個原因，ADC 驅動放大器和 ADC 之間的損耗通常以分貝伏特而不是分貝功率來指定。這可能會令人困惑，但很重要——因為 ADC 測量中顯示的是電壓損失。請注意，功率損失 3dB 相當于電壓損失 6dB。
4.阻抗變換
因為 ADC 采樣電壓而不是功率，所以有機會將濾波器用作電壓增益電路。這是可能的，因為電壓和阻抗與給定的功率水平成正比。在建立ADC輸入和通過優化帶寬限制噪聲時所需的最小RC值，可以由假設通過指數方式建立階躍輸入來計算。要計算階躍大小，需要知道輸入信號頻率、幅度和ADC轉換時間。查看表 1，該方法適用于我們的 16 位、1-GSPS、雙通道 ADS54J60 和 16 位、370-MSPS、雙通道 ADC16DX370。
圖 2：具有不同阻抗比的濾波器
圖 3：不同阻抗比的濾波器響應
5.降低濾波器的驅動阻抗
如果 ADC 的差分輸入阻抗低于 200Ω，增加濾波器的端接電阻將不起作用。相反，嘗試降低進入濾波器的驅動阻抗，如圖 4 所示。再次查看表 1，該方法適用于 ADC16DX370 或 ADC12J4000。
在圖 4 所示的第二個電路中，從圖 1 中移除 40Ω 電阻會降低驅動阻抗，從而留下放大器的 10Ω 內部電阻作為驅動阻抗。這會降低濾波器損耗，但會影響濾波器頻率響應。圖 5 具有正確端接和不匹配濾波器響應的頻率響應圖。
使用低通濾波器，我們可以調整濾波器轉角頻率以恢復丟失的帶寬，但使用帶通濾波器則更加困難。通帶平坦度和鄰道抑制都會因驅動阻抗不當而受到影響。
圖 4：具有不同驅動阻抗的濾波器
圖 5：不同驅動阻抗的結果
6.結論
降低濾波器電抗組件的 ESR 損耗并調整其驅動和端接阻抗有助于在驅動 ADC 時管理信號損失。ADC 的輸入阻抗限制了濾波器的端接阻抗，因此仔細選擇 ADC 至關重要。
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