A/D转换中的数字滤波抗干扰技术
上述的几种软件滤波方法对抑制个别的异常数据方面具有一定作用，然而对于由工频干扰引起的平稳随机干扰信号不太理想。随着近几年来集成电路的快速发展，一些数字滤波器也集成到数据处理芯片当中，而且数字滤波器的设计参数通过软件可编程实现，具有极大的灵活性和实用性。
3.1 芯片介绍及应用
目前市场上由美国AD公司新近推出的AD7705 就是一例[1]。它是内置了数字滤波器的带信号调理电路的16位A/D转换器件，可应用于低频测量的2通道的模拟前端。该器件可以接受直接来自传感器的低电压输入信号，然后产生串行的数字输出，利用∑-Δ转换技术实现16位无丢失代码性能。选定的输入信号被送到一个基于模拟调制器的增益可编程专用前端，片内数字滤波器处理调制器的输出信号，通过片内控制寄存器可调节滤波器的截止点和输出更新率，从而对数字滤波器的第一个陷波进行编程。
AD7705有以下几个特点：
(1)差分输入通道ADC，具有16位无丢失代码和0.003%非线形误差;
(2)MCU的接口为串行的三线接口模式;
(3)可编程增益1～128，信号极性以及更新速率配置有工作寄存器，通过对寄存器的操作可以选择等;
(4) 器件还包括自标定和系统校准功能，以消除器件本身或系统的增益和编程误差;
(5) 内带数字信号处理电路，由软件可编程进行设置。
引脚排列如图1。
主要管脚说明如下：
MCLK IN：为转换器提供主时钟信号，能以晶体/谐振器或外部时钟的形式提供。
MCLK OUT：当主时钟为晶体/谐振器时，晶体谐振器被接在MCLK IN和MCLK OUT之间;如果在MCLK IN引脚处连接一个外部时钟，MCLK OUT将提供一个反向时钟信号。
CS ：片选，低电平有效的逻辑输入。
A1N2(+)[A1N1]：对于AD7705，差分模拟输入通道2的正输入端;对于AD7706，模拟输入通道1的输入端。
A1N1(+)[A1N2]：差分模拟输入通道1的正输入端。
A1N1(-)[COMMON]：差分模拟输入通道1的负输入端。
A1N2(-)[A1N3]：差分输入模拟通道2的负输入端。
DRDY ：逻辑输出。这个输出端上的逻辑低电平表示可从AD7705的数字寄存器获取新的输出字。
DOUT：串行数据输出端。
DIN：串行数据输入端。
SCLK：串行时钟，施密特逻辑输入。
从AD转换器件发展趋势来看，目前的16位A/ D转换器除具有较高的转换精度外，还具有高度的集成化、可编程等特点 [2，3]。AD7705符合这些特点，其简化的应用电路如图2。
图2给出了一个完整的前向测试通道，图中 AD7705可直接接收传感器输入信号，而不用外接信号调理电路，模拟量输出增益可实现软件可编程调节。输出的AD值通过SPI三线口模式发送给MCU。图中，MCU采用的是P87LPC764，它是 PHILIPS公司新推出的增强型8位单片机，内核与MCS51系列兼容，内置电源检测、看门狗WDT、 IIC总线等资源。 AD7705的数据接口采用了SPI接口标准。SPI 接口利用4根线可完成主从之间的数据通信。接口非常方便。这4根口线分别为时钟线(SCLK)、数据输入线(SDI)、数据输出线(SDO)和片选线(CS)。DIN线用来向片内寄存器传输数据，而DOUT线用来访问寄存器里的数据。SCLK是串行时钟输入，所有的数据传输都和SCLK信号有关。DRDY线作为状态信号，以提示数据什么时候已准备好从寄存器读数据。输出寄存器中有新的数据时，DRDY变为低电平，在数据寄存器更新前，若DRDY变为高电平，则提示这个时候不读数据，以免在寄存器更新的过程中读数据。CS作为片选信号，在本电路中由于只用一片AD7705故CS端接地。
3.2 低通滤波及陷波处理
AD7705包含一个片内低通滤波器，用它处理器件的∑-Δ调制器的输出信号。所以，该器件不仅提供模数转换功能，而且还具备一定的滤波能力。AD7705内嵌了数字低通滤波器，数字滤波发生在模-数转换之后，它能消除模-数转换过程中产生的噪音。此外，数字滤波器容易实现可编程性。依靠数字滤波器设计，用户可以编程截断频率和输出更新频率。
AD7705的数字滤波器是一个低通(sin x/x)3 滤波器(也称为sinc3)，其在Z 域的转换功能可描述为，
在3次域可描述为，
图3是截止频率为15.72Hz的滤波器频率响应，这一频率与滤波器的第一个陷波频率(50Hz)对应，这曲线显示从直流到300Hz。在数字滤波器采样频率的两边这个频率曲线各重复一次。这种滤波器响应与一个平均滤波器的相似。因此，图中的输出速率为50Hz，滤波器的第一个陷波频率为50Hz。这种(sin x/x)3 滤波器的陷波位置多次在第一个陷波的倍数处重复。在这些陷波处滤波器提供大于100dB 的衰减。
AD7705内部带有数字滤波器，具有抑制干扰功能。对于50Hz的工频干扰在第一陷波位置已衰减180dB，这样有效抑制工频干扰。另外，我们在每次采集AD值时，每采集10个AD值作为一组数据，去除其中的最大值，最小值而取剩余的8个A/D转换值的平均值，这样可有效去除数据随机误差。
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