开关电容滤波器前置、后置滤波器的规划

  ,一向短少体系的剖析和阐明。在研讨SCF作业特性的根底上,提出了SCF时,先依据体系要求确认衰减量,再依据选定的滤波器结构的衰减系数确认转角频率。用此办法,结合12位数据收集体系要,以MAX295为中心规划了一个可程控低通滤波器。依据成果得出,MAX295的前、后置滤波器能以4档转角频率掩盖其10 Hz~50 kHz转角频率规模,前、后置滤波器的最小衰减量分别为-74 dB和-10 dB。

  滤波器是一种以电荷转移原理为根底的滤波元件,与传统的模仿滤波器比较,它具有易于出产、便于运用等长处,在各种检测体系中的使用日益广泛。

  另一方面,开关电容滤波器本身也是一种采样体系,其输入信号的最高频率要遭到采样定理的约束,其输出则是台阶状的离散时刻信号。一般都要求为开关电容滤波器装备恰当的前、后置滤波器,以处理抗混迭和重建的问题,但对前、后置滤波器的规划原则和进程则短少体系的剖析和阐明。

  为此,笔者以数据收集体系中的抗混迭滤波为例,评论开关电容滤波器的特征和它的前、后滤波的问题。

  图1是一个开关电容滤波器的典型结构。在这个开关电容滤波器中,除了输入、输出端外,还有一个时钟输入端,为之供给频率为fclk的采样脉冲。这个时钟频率fclk与开关电容滤波器的中心频率或转角频率fc存在必定的对应联系,即fclk=Nfc,一般N为100或50。这样频率为fin的模仿输入信号,经过开关电容滤波器的处理后,变成了离散的抽样序列。

  明显,对开关电容滤波器本身而言,也存在一个抗混迭的问题,因而必须在开关电容滤波器之前对输入信号进行前置滤波,以约束输入信号的最高频率。

  开关电容滤波器的输出是一连串的台阶,它不仅在时域上不接连,并且还在频域上增添了新的高频成分。因而,要经过恰当的后置滤波,重建所需的波形。

  值得指出的是,为了实践使用的便利,开关电容滤波器的前、后置滤波器应由模仿滤波器来承当,以防止重复发生前面的问题。若非如此,则可能在使用中发生一些不必要的困扰。

  考虑到上述要素,可将开关电容滤波器的一般使用形式归结为图2。下面临有关问题作进一步的评论。

  前置滤波的效果主要是约束开关电容滤波器输入信号的最高频率。抱负状态下,这种前置低通滤波器的规划参数只要一个,即低通滤波器的转角频率fpre。可是,在确认fpre之前,首要应该清晰所需去除的频率成分。

  对一般的采样体系,若其采样频率为fs,输入信号频率为fin,当fin1/2fs时,则会发生混迭,混迭后的频率fs可用式(1)核算,其间N取大于0自然数。

  开关电容滤波器发生混迭的状况和式(1)不一样,并非一切高于1/2fclk的输入频率所发生的混迭都能构成有用的输出。当混迭后的频率坐落开关电容滤波器的通带之外时,便为开关电容滤波器所衰减,其影响可忽略不计。因而,在规划开关电容滤波器的前置滤波器时,只需考虑混迭后会落入开关电容滤波器通带之内的那些频率成分。

  为简化评论,这儿仅考虑时钟基频以内的景象。以一个fclk=Nfc的低通开关电容滤波器为例,经过简略的剖析不难得知:在抱负状态下,只要那些高于fST=(N-1)fc的输入频率所发生的混迭才会落在开关电容滤波器的通带之内构成有用输出(如图3所示)。这时,只需用前置滤波器来滤除输入信号中一切高于开始频率fst的成分即可。

  其间,fc为开关电容滤波器设定的转角频率,fST为开关电容滤波器发生混迭输出的开始频率。物理意义上,上式的前一部分确保不对有用信号形成丢失,后一部分则阻挠任何可能会发生混迭的成分经过。

  关于实践滤波器,因为衰减系数有限,因而在规划实践的前置低通滤波器时,需求细心考虑2个目标:转角频率fpre和衰减量A。前者确认被阻挠信号的频率规模,后者确认对这些频率成分的衰减程度。

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