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了解如何使用開關(guān)電容濾波器來節(jié)省空間并提高濾波器性能

2512907 2022-11-25 | pdf | 268.72KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

來自物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和創(chuàng)客項(xiàng)目傳感器的模擬信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 數(shù)字化之前需要進(jìn)行一定程度的信號處理。然而，這個(gè)模擬信號處理級可能體積龐大、成本高昂、不準(zhǔn)確且隨溫度變化不穩(wěn)定。使用用于抗混疊的開關(guān)電容濾波器，設(shè)計(jì)人員可以大大緩解這些問題，同時(shí)簡化設(shè)計(jì)過程。來自物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和創(chuàng)客項(xiàng)目傳感器的模擬信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 數(shù)字化之前需要進(jìn)行一定程度的信號處理。然而，這個(gè)模擬信號處理級可能體積龐大、成本高昂、不準(zhǔn)確且隨溫度變化不穩(wěn)定。使用用于抗混疊的開關(guān)電容濾波器，設(shè)計(jì)人員可以大大緩解這些問題，同時(shí)簡化設(shè)計(jì)過程。需要抗混疊低通濾波器來確保傳感器信號在 ADC 之前被適當(dāng)?shù)叵拗茙挕?/font>典型的無源低通濾波器需要笨重的電感器和大電容器。就其本身而言，有源電阻電容 (RC) 濾波器需要大值 RC 時(shí)間常數(shù)。在這兩種情況下，濾波器都對 RC 組件容差和溫度穩(wěn)定性變得敏感。需要抗混疊低通濾波器來確保傳感器信號在 ADC 之前被適當(dāng)?shù)叵拗茙挕?/font>典型的無源低通濾波器需要笨重的電感器和大電容器。就其本身而言，有源電阻電容 (RC) 濾波器需要大值 RC 時(shí)間常數(shù)。在這兩種情況下，濾波器都對 RC 組件容差和溫度穩(wěn)定性變得敏感。此外，大電阻值難以在集成電路內(nèi)以合理的精度實(shí)現(xiàn)。這導(dǎo)致 IC 設(shè)計(jì)帶有外部電阻器和電容器，從而增加了元件數(shù)量、成本、復(fù)雜性和濾波器的體積。此外，大電阻值難以在集成電路內(nèi)以合理的精度實(shí)現(xiàn)。這導(dǎo)致 IC 設(shè)計(jì)帶有外部電阻器和電容器，從而增加了元件數(shù)量、成本、復(fù)雜性和濾波器的體積。為解決這些問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮開關(guān)電容器架構(gòu)，以提高濾波器的精度和體積效率。這些設(shè)計(jì)通過提供等效于電阻的精確定時(shí)開關(guān)元件來控制電容器之間的電荷轉(zhuǎn)移。電容器和相關(guān)開關(guān)很容易以單片形式實(shí)現(xiàn)。為解決這些問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮開關(guān)電容器架構(gòu)，以提高濾波器的精度和體積效率。這些設(shè)計(jì)通過提供等效于電阻的精確定時(shí)開關(guān)元件來控制電容器之間的電荷轉(zhuǎn)移。電容器和相關(guān)開關(guān)很容易以單片形式實(shí)現(xiàn)。本文將詳細(xì)介紹開關(guān)電容濾波器 (SCF) 的工作原理，作為無源和有源濾波器的替代方案。將介紹示例解決方案以展示它們是如何實(shí)施的。本文將詳細(xì)介紹開關(guān)電容濾波器 (SCF) 的工作原理，作為無源和有源濾波器的替代方案。將介紹示例解決方案以展示它們是如何實(shí)施的。什么是別名？什么是別名？包括 ADC 和 DAC 在內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)必須符合奈奎斯特標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)備必須以大于輸入端最高頻率兩倍的頻率進(jìn)行采樣。如果以太低的頻率采樣違反了奈奎斯特標(biāo)準(zhǔn)，則不需要的雜散信號將出現(xiàn)在濾波器的頻率通帶中（圖 1）。包括 ADC 和 DAC 在內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)必須符合奈奎斯特標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)備必須以大于輸入端最高頻率兩倍的頻率進(jìn)行采樣。如果以太低的頻率采樣違反了奈奎斯特標(biāo)準(zhǔn)，則不需要的雜散信號將出現(xiàn)在濾波器的頻率通帶中（圖 1）。圖 1：采樣率低于輸入信號帶寬兩倍時(shí)的混疊結(jié)果。來自下邊帶圖像的關(guān)于采樣頻率的信號分量被外差到基帶信號中，導(dǎo)致無法消除的失真。（圖片來源：Digi-Key Electronics）圖 1：采樣率低于輸入信號帶寬兩倍時(shí)的混疊結(jié)果。來自下邊帶圖像的關(guān)于采樣頻率的信號分量被外差到基帶信號中，導(dǎo)致無法消除的失真。（圖片來源：Digi-Key Electronics）上圖顯示了以大于信號帶寬兩倍的頻率采樣的時(shí)域信號（左）。右側(cè)的頻域視圖顯示從 DC 到 f 上圖顯示了以大于信號帶寬兩倍的頻率采樣的時(shí)域信號（左）。