交強險未出險第二年為什么沒優惠？第一年不出險第二年打幾折？
2023-04-23 10:56:55
全球通訊！如何組合使用低通濾波器和ADC驅動器獲取20 V p-p信號
2023-04-23 10:56:55 來源: 電子創新網
作者： Philip Karantzalis，高級應用工程師和Frances De La Rama，產品應用工程師
問題：為何要組合使用低通濾波器(LPF)和模數轉換器(ADC)驅動器？
答案：為了減小模擬信號鏈的尺寸，降低其成本，并提供ADC抗混疊保護（ADC采樣頻率周圍頻段中的ADC輸入信號不受數字濾波器保護，必須由模擬低通濾波器(LPF)進行衰減）。20 V p-p LPF驅動器一般用于工業、科技和醫療(ISM)設備中，該設備必須使用具有更低滿量程輸入的高速ADC對傳統的20 V p-p信號范圍進行數字化處理。
(資料圖)
通過驅動ADC實現優化的混合信號性能，這是一大設計挑戰。圖1所示為標準的驅動器ADC電路。在ADC采集期間，采樣電容將反沖RC濾波器中指數衰減的電壓和電流?；旌闲盘朅DC驅動器電路的最佳性能受到多個變量影響。驅動器的建立時間、RC濾波器的時間常數、驅動阻抗，以及ADC采樣電容的反沖電流在采樣時間內相互作用，導致產生采樣誤差。采樣誤差隨著ADC位數、輸入頻率和采樣頻率的增大而增大。
標準ADC驅動器具有大量實驗數據樣本，可用于可靠的設計流程。但缺乏實驗數據來引導進行驅動ADC的低通濾波器設計。本文介紹集成模擬低通濾波、信號壓縮和ADC驅動器的LPF驅動器電路（參見圖2）。
表1列出了圖2所示電路的性能變量。下方的實驗室數據和分析旨在引導說明，給出圖2所示的電路的時間和頻率響應限值。
表1.圖2所示電路的性能變量
LPF驅動器 | RC濾波器 | ADC |
–3 dB帶寬、阻帶衰減、建立時間、噪聲、THD | 電阻值、RC時間常數 | 采樣頻率、位數、采樣時間、SNR、THD |
信噪比(SNR)和總諧波失真(THD)是衡量系統動態性能的兩個重要參數。能否實現最佳性能，取決于ADC和信號調理級的組合，在本文中，后者包括三階低通濾波器和單端至差分轉換器。圖2所示的LPF驅動器電路的–3 dB帶寬和建立時間會有所不同，有關SNR和THD的測量值，請參見表2至表5。本文將會探討受測變量和這些變量對系統性能的影響。
低通濾波器–3 dB帶寬比較信號帶寬為1 MHz與2 MHz和0.5 MHz時系統的性能。當–3 dB點分別為558 kHz、1 MHz、和2.3 MHz，其性能如表2所示。將截止頻率降低至558 kHz，LPF噪聲帶寬隨之降低，但SNR提高。將截止頻率增大至1 MHz或2.3 MHz，LPF驅動器建立時間縮短，THD降低。
圖1.標準ADC驅動器和RC濾波器。
圖2.LPF驅動器和ADC電路。
表2.R = 750 Ω時三種截止頻率對應的LPF驅動器性能
VIN(V p-p) | FIN(kHz) | -3 dB頻率 | RQ | LPF驅動器C | LPF驅動器R | SNR | THD |
558 kHz | 2700 pF | 90 dB | -98 dB | ||||
20 | 2 | 1 MHz | 150 ? | 1500 pF | 750 ? | 90 dB | -103 dB |
2.21 MHz | 680 pF | 88 dB | -106 dB |
更改圖2所示的R或C可以更改截止頻率。使用C電容來設置截止頻率時，LPF驅動器THD更低；R電阻值降低，有助于略微改善SNR；如表3所示。
表3.R = 412 Ω時三種截止頻率對應的LPF驅動器性能
VIN(V p-p) | FIN(kHz) | -3 dB頻率 | RQ | LPF驅動器C | LPF驅動器R | SNR | THD |
580 kHz | 4700 pF | 91 dB | -98 dB | ||||
20 | 2 | 1 MHz | 150 ? | 2700 pF | 412 ? | 90 dB | -97 dB |
2.25 MHz | 1200 pF | 89 dB | -99 dB |
LPF的RQ電阻可設置時間響應。RQ越高，過沖越大，建立時間越長。RQ越低，過沖越小，建立時間越短。圖3顯示使用150 ?和75 ? RQ電阻時對應的LPF瞬態響應。我們測試了使用不同的RQ時LPF驅動器的性能，測試結果如表4所示。
圖3.不同的RQ值對應的過沖和建立時間。
表4.不同的RQ值對應的LPF驅動器性能
VIN(V p-p) | 采樣速率(MSPS) | -3 dB頻率 | RQ | LPF驅動器C | LPF驅動器R | SNR | THD |
20 | 10 | 558 kHz | 150 ? | 2700 pF | 750 ? | 90 dB | -98 dB |
75 ? | 90 dB | -97 dB | |||||
1 MHz | 150 ? | 1500 pF | 89 dB | -102 dB | |||
75 ? | 89 dB | -100 dB | |||||
2.3 MHz | 150 ? | 680 pF | 88 dB | -106 dB | |||
75 ? | 88 dB | -106 dB |
根據實際測量得出的數據，使用75 ?和150 ? RQ對SNR和THD性能沒有明顯影響，只是影響過沖和建立時間的一個因素。
ADC采樣速率表5中的數據顯示，如果使用LTC2387-18，在10 MSPS時系統的THD性能低于15 MSPS時（在10 MSPS時，圖2中的RC驅動器電容C3和C4的值為180 pF）。
注：在10 MSPS時，LTC2387-18和LTC2386-18的采樣時間分別為61 ns和50 ns。
表5.采樣速率為10 MSPS和15 MSPS時的LPF驅動器性能
VIN(V p-p) | 采樣速率(MSPS) | -3 dB頻率 | RQ | LPF驅動器C | LPF驅動器R | SNR | THD |
20 | 15 | 1 MHz | 150 ? | 1500 pF | 750 ? | 88 dB | -96 dB |
10 | 89 dB | -101 dB | |||||
15 | 2.3 MHz | 75 ? | 680 pF | 88 dB | -93 dB | ||
10 | 88 dB | -106 dB |
驅動器和ADC之間的RC濾波器用于限制帶寬，確保實現寬帶寬低噪聲，且實現更優的信噪比。RC數值決定–3 dB截止頻率。降低R有時可能導致響鈴振蕩和不穩定。增大R會增大采樣誤差。使用更低的C值，會導致更高的電荷反沖，但充電時間更快。使用更高的C值，可以降低電荷反沖，但充電時間會變慢。此外，設置RC值是確保在給定的采樣時間內獲取穩定樣本的關鍵。使用數據手冊的推薦值和精密ADC驅動器工具給出的建議值會是一個非常不錯的起點。
精密ADC驅動器工具是一款綜合工具，可以幫助預測在驅動器和ADC之間使用不同的RC值系統的性能?？梢允褂眠@款工具檢查的參數包括電荷反沖、采樣誤差和采樣時間。
使用25 ?和180 pF RC實現更低的–3 dB截止頻率時，輸入信號建立時間和電荷反沖會受到影響。要實現更低的–3 dB截止頻率，并確保輸入信號在采集時間內正確建立，我們可能需要使用更低的采樣速率。根據LTC2387-18數據手冊，采樣時間通常是周期時間減去39 ns。在15 MSPS使用LTC2387-18時，采樣時間為27.67 ns，在10 MSPS使用此器件時，采樣時間為61 ns。
圖4.使用不同采樣速率時的電荷反沖、RC_Tau、采樣時間：(a) 15 MSPS采樣速率，LTC2387-18使用建議的RC值（25 Ω和82 pF），(b) 15 MSPS采樣速率，LTC2386-18使用建議的RC值（25 Ω和180 pF），(c) 10 MSPS采樣速率，LTC2386-18使用建議的RC值（25 Ω和180 pF）。
借助精密ADC驅動器工具，圖4a至4c匯總列出了使用不同的RC值時對應的反沖差值和RC時間常數(Tau)，以及采樣速率為10 MSPS和15 MSPS時的采樣時間。圖4a顯示LTC2387-18在15 MSPS采樣速率下，使用推薦RC值（25 ?和82 pF）時的建立響應。圖4b顯示在C為180 pF時，得出的RC時間常數更高，這導致在15 MSPS采樣速率、27.6 ns采樣時間內輸入信號無法建立。圖4c使用與圖4b相同的RC值（25 ?和180 pF），但在使用10 MSPS采樣速率、采樣時間增加至61 ns之后，信號能夠建立。
LPF驅動器電阻選擇可以通過更改R或C來實現LPF驅動器的–3 dB截止頻率。電阻噪聲是系統總噪聲的組成部分。根據噪聲計算公式，從理論上來說，降低電阻值可以降低電阻噪聲。為了進行驗證，我們嘗試了兩個不同的電阻值作為LPF驅動器R，分別是750 ?和412 ?。從理論來說，R更低時得出的SNR應該更佳，但從實際獲得的數據來看，如表2和表3所示，SNR并無很大改善，相反，這會對THD性能產生更大影響。
LPF電阻（圖1中的R）越低，放大器所需的電流越大。使用更低的電阻值時，運算放大器的輸出電流高于最大線性驅動電流。
放大器驅動器選擇在選擇要使用的ADC驅動器時，實現器件最佳性能所對應的規格至關重要。我們使用兩個ADC驅動器來收集數據，分別是ADA4899-1和LTC6228。這些ADC驅動器非常適合用于驅動LTC2387-18，后者用于進行實驗室測量。在選擇ADC驅動器時考慮的一些規格包括帶寬、電壓噪聲、諧波失真和電流驅動能力。根據已完成的測試，從THD和SNR這兩個方面來看，ADA4899-1和LTC6228的性能差異可以忽略。
LPF設計和應用指南圖5顯示LPF電路。5個相同電阻（R1至R5）、1個用于調節LPF時間響應的電阻(RQ)、2個相同的接地電容（C1和C2），以及1個數值為接地電容1/10的反饋電容(C3)，這些器件構成了LPF無源組件（±1%電阻和±5%電容）。
圖5.LPF電路。
簡單的LPF設計流程（注1）R1至R5 = R，C1和C2 = C。
要盡量降低失真，電阻R1至R5的值必須在600 ?至750 ?范圍內。
?設置R = 750 ?
?C = 1.5E9/f3dB（最接近標準的5%電容pF），f3dB為LPF –3 dB頻率（注2）
?例如：如果f3dB為1 MHz，那么C = (1.5E9)/(1E6) = 1500 pF
?C3 = C/10
?RQ = R/5或R/10（注3和4）
注1.簡單的濾波器設計只需要一個計算器，無需使用非線性s域公式。
注2.如果R = 619 ?，那么C = 1.8E9/f3dB，f3dB為LPF –3 dB頻率。
注3.RQ = R/5，用于實現最大阻帶衰減，RQ = R/10，用于實現低過沖和快速建立時間。
采用RQ/5和RQ/10時，在10× f–3dB時，阻帶衰減分別為–70 dB和–62 dB。
注4.如果RQ = R/10，–3 dB頻率比RQ = R/5時低7%，也就是說，R1至R5等于RQ/5時R的0.93。
注5.LPF驅動器差分輸出至ADC輸入的PCB線路距離為1"’或更低。
注6.LPF運算放大器的VCC和VEE分別為6 V和–1 V，輸出線性電壓擺幅為0 V至4.098 V。
結論根據表2至表5的SNR和THD數據，我們可以了解圖2所示電路的性能。通過增大電容來降低LPF帶寬，這會增大SNR（降低LPF噪聲帶寬）。LPF帶寬越低，失真程度越高（因為LPF建立時間比實現最低采樣誤差所需的時間長）。此外，如果LPF電阻值太低，THD會隨之降低，因為LPF運算放大器需要驅動反饋電阻和反相運算放大器輸入電阻（運算放大器輸出電流更高時，失真程度降低）。
LTC2387-18 ADC采用10 MSPS采樣頻率時，LPF通帶必須為1 MHz或高于1 MHz，以盡可能降低THD。將LPF設置為1 MHz，是對SNR、THD和足量ADC混疊抑制的任意妥協。
設計參考：ADI的精密ADC驅動器工具精選器件運算放大器
產品型號 | VOS(V)最大值 | IBIAS(A)最大值 | GBP (Hz)典型值 | VNOISE(V/√Hz)典型值 | THD 2 V p-p，RL = 1k | VS范圍最小值/最大值(V) |
ADA4899-1 | 35 μV | -12 μA | 600 MHz | 1 nV/√Hz | -117 dBc（1 MHz） | ±5 V |
LTC6228/ LTC6229 | 20 μV | -16 μA | 890 MHz | 0.88 nV/√Hz | -120 dBc（1 MHz） | ±5 V |
模數轉換器
產品型號 | 分辨率（位） | 最大值FS | 輸入類型（單端、差分） | VIN范圍 (VMIN/VMAX) | SNR(dB) | INL(LSB) | 數據輸出接口 |
LTC2387 | 18 | 15 MSPS | 單端、差分 | –VREFBUF至+VREFBUF | 95.7 | ±0.6 | 串行LVDS接口 |
主要顧問：
混合信號部門的高級應用工程師Guy Hoover和Clarence Mayott。
精密ADC驅動器工具設計師Anne Mahaffey
關于ADI公司Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力于在現實世界與數字世界之間架起橋梁，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案，推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展，應對氣候變化挑戰，并建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。
關于作者Philip Karantzalis自1973年就一直從事模擬信號電路和系統的測試和設計工作。他于1986年加入ADI公司信號調理部門，為數據采集、RF調制器、解調器和混頻器、ADC和高精度測試系統提供基帶信號設計。Philip目前擔任ADI公司精密系統部的高級應用工程師。作為紐約市RCA電子學院的一名畢業生，曾在舊金山州立大學學習高等數學。
Frances de la Rama于2007年加入ADI公司公司，擔任技術員。2014年至2019年通過ADI的繼續教育計劃(CEP)攻讀電子工程學位，他畢業于菲律賓科技大學達義分校。2019年成為菲律賓開發中心（PDC，前身為設計、布局和應用）的一員，隸屬于ADI產品應用團隊。在早期的工作中，他主要負責線性產品和解決方案，側重于放大器領域；現在，他主要從事以ADBT100x為核心產品的電池化成和測試(BFT)工作。
關鍵詞：
您可能也感興趣:
為您推薦
機票里面包含保險嗎？飛機保險有必要買嗎？
2023-04-23 10:56:55
遼寧擴大緩繳社保費政策實施范圍 補繳期間免收滯納金
2023-04-23 10:56:55
近十年財險業務快速發展 財產保險業風險保障水平不提升
2023-04-23 10:56:55
排行
最近更新
- 全球通訊！如何組合使用低通濾波器和ADC驅動器獲取20 V p-p信號
- 天天即時看！航盛與高通達成戰略合作，攜手推動智能網聯汽車...
- 協同運力、算力、存力，加速邁向智能世界
- 中鐵置業上海公司南京中鐵龍湖·宸閱府項目榮獲2022 TTIA天壇國際獎
- “對標學習拓思路，經驗借鑒促提升”—中鐵置業上海公司赴上...
- 打擊樂圈年度重磅活動來了“中青打超級鼓手展演”啟幕
- 大宗商品數據智能如何選擇？金聯創表現亮眼
- 科銳國際2022年年報：經營業績量質并升 全球化多元服務體系...
- 鄭州，一座考古發現的文明古都
- 環球簡訊:SBF的律師團隊要求第三次延長執行他修改后的保釋條件
- BNB Chain：BSC上交易手續費成本已降至3 Gwei 世界最新
- Radiant Capital已在Arbitrum上支持ARB和Lido wstETH借貸|全球看熱訊
- 環球消息！Bluesky發布短期身份驗證解決方案App Password
- Albaugh在巴西推出除草劑Exemplo（2,4滴二甲銨鹽+二乙醇胺鹽）
- 巴拉圭官方提醒：警惕黑心商用化凍肉充當新鮮肉出售
- “投資配額”政策壓垮財務，俄狹鱈捕撈生產商Sokra宣告破產
- 國際谷物理事會調高2023/24年度世界玉米和大豆產量預期
- 天天快播：新加坡發布2023年食品安全條例修訂案
- 長沙智博會：打造先進制造業高地 智造燈塔照亮湖南經濟
- 天天快報!苦苦支撐 霍勒迪半場15分雙拳難敵四手
- 一步到位的改善機遇 浦東天花板級的低密洋房 只為少數人
- 焦點報道:2023年全國知識產權宣傳周廣西活動啟動
- 北京延慶著力打造新能源產業融合發展新高地
- 【天天報資訊】2023光電子前沿技術及應用高峰論壇舉行
- 世界觀焦點：國內燃煤電廠最大電化學儲能項目投運
- 環球熱文：創新助推發展，我國樓宇自控產業迎來新生態
- 雨潤百谷 聚勢新生丨金種子馥合香品牌煥新發布會圓滿舉行
- OPPO榮膺”2023愛迪生獎”和“2023年亞太十大最具創新力公司...
- 全球熱門:貿澤電子在新一季 Empowering Innovation Togeth...
- 環球精選！Cognite通過工業應用套件2.0加速資產績效管理的價值實現
今日要聞
- 協同運力、算力、存力，加速邁向智能世界
- 中鐵置業上海公司南京中鐵龍湖·宸閱府項目榮獲2022 TTIA天壇國際獎
- “對標學習拓思路，經驗借鑒促提升”—中鐵置業上海公司赴上海萬科天空之城項目學習交流
- 打擊樂圈年度重磅活動來了“中青打超級鼓手展演”啟幕
- 大宗商品數據智能如何選擇？金聯創表現亮眼
- 天天即時看！航盛與高通達成戰略合作，攜手推動智能網聯汽車技術創新
- 科銳國際2022年年報：經營業績量質并升 全球化多元服務體系日趨完善
- 全球通訊！如何組合使用低通濾波器和ADC驅動器獲取20 V p-p信號
- 長沙智博會：打造先進制造業高地 智造燈塔照亮湖南經濟
- Radiant Capital已在Arbitrum上支持ARB和Lido wstETH借貸|全球看熱訊