开关电容滤波器前置、后置滤波器的设计

时间:2012-02-21来源:网络

1.1.2 衰减量的确定
以数据采集系统为例,对于某个超出fST的频率成分fin,前置滤波器必须对它进行足够的衰减,才能保证它不再对数据采集系统形成明显的干扰。严格时,应将它衰减到开关电容滤波器的残余噪声水平。一般也应将之降至与A/D转换器的量化噪声相当的水平。
理想情况下,A/D转换器的量化噪声信噪比为
SNR=6.02n+1.76(dB) (4)
其中,n为数据采集系统的分辨率。
表1给出了典型A/D转换器的分辨率与量化噪声的信噪比,它们可以作为确定前置滤波器阻带衰减量的参考。例如,对一个12位的A/D转换器,就必须使前置滤波器的衰减量A>74 dB。

i.JPG


值得说明的是,以上的衰减量相当于信噪比为1时的情况。如果预先了解输入信号的信噪比,可以相应地减小衰减量。
1.1.3 转角频率的确定
确定前置滤波器的衰减量之后,可根据所选前置滤波器的衰减系数来确定所需的转角频率fpre,即保证:
j.JPG
以四阶巴特沃思低通滤波器为例,其衰减系数Ca为每10倍频程80 dB。对于一个12位的数据采集系统和fclk=50fc的开关电容滤波器,取总衰减量A为74 dB,D为4,则由式(6)可算出前置滤波器转角频率fpre的取值范围为:
fcfpre5.47fc (8)
1.2 后置滤波
1.2.1 设计指标
后置滤波的作用是消除开关电容滤波器的采样台阶和时钟干扰,重建模拟波形,因此仍用连续型模拟滤波器。
理想状态下,后前置低通滤波器的设计参数也只有一个,即此低通滤波器的转角频率fpost。这时fpost的选择只要满足以下条件即可:
fcfpostfclk (9)
其中,fc为开关电容滤波器设定的转角频率,fclk为开关电容滤波器的时钟频率。物理意义上,式(9)的前一部分保证不对有用信号造成损失,后一部分则阻止任何高于时钟频率的成分通过。
由于实际滤波器的衰减系数有限,因此在设计后置滤波器时,也要考虑衰减量A和转角频率fpost2个参数。
实际设计时,先定衰减量A,再定转角频率fpost。
1.2.2 衰减量的确定
要求后置滤波器具有足够的衰减能力,能将任何≥fclk的频率成分衰减到后面数据采集系统可以接受的水平(1个LSB所对应的输入范围之内)。另一方面,考虑到开关电容滤波器输出的高频噪声实际水平,可以将衰减量取为30dB左右。
1.2.3 转角频率的确定
定下后置滤波器的衰减量后,再根据所选后置滤波器的衰减系数确定所需的转角频率fpost,使
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以二阶巴特沃思低通滤波器为例,其衰减系数CA为每10倍频程40 dB。对于一个fclk=50fc的开关电容滤波器,取总衰减量A为30 dB,则由式(12)可算出后置滤波器转角频率fpost的取值范围为:
fcfpost8.9fc (13)

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关键词: 滤波器 设计 后置 前置 开关 电容

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