4 寬帶濾波器

盡管帶有 sinc 濾波器的 Δ-Σ ADC 非常適合低帶寬應用，但在高帶寬應用中使用 Δ-Σ 架構(gòu)也會大有裨益。例如，可以使用 Δ-Σ ADC 精確測量音頻或振動信號。需要高帶寬的測試和測量設備是 Δ-Σ ADC 非常適合的另一個應用。對于這些應用，寬帶濾波器可用作 Δ-Σ ADC 上的集成數(shù)字濾波器。

交流應用需要衰減或紋波很小的寬通帶，但仍然需要 Δ-Σ ADC 過采樣拓撲標配的精度。所以有些 ADC 采用具有陡峭過渡頻帶的寬通帶濾波器進行設計。ADS127L01 是一款針對寬帶寬應用進行優(yōu)化的 24 位 Δ-Σ ADC，它帶有此類濾波器。圖 4-1 顯示了在達到 ADC 的輸出數(shù)據(jù)速率 f_DR（即 512kHz）時濾波器的幅度響應。注意濾波器的過渡頻帶在 f_DR 的大約一半處（信號開始混疊到通帶的頻率）有多陡峭。這有助于極大地限制不必要的信號或噪聲混疊。濾波器的響應在 ADC 的調(diào)制器頻率 f_MOD 附近重復之前，阻帶幅度絕不會超過 –116dB。

圖 4-1 達到 f_DR 時 ADS127L01 寬帶濾波器的幅度響應

對于更高帶寬的應用，出于一些原因，sinc 濾波器不足以滿足要求。首先，頻率響應會提前滾降，并在相對較低的頻率下降低。這限制了可用的信號帶寬。另一方面，寬帶濾波器在 f_DR 的大約一半處幾乎保持完全平坦，從而在任何給定數(shù)據(jù)速率下可更大限度地提高可用的信號帶寬。

其次，對于交流應用來說，混疊是一個更值得關(guān)注的問題。sinc 濾波器并不是很適合，因為它在 ADC 輸出數(shù)據(jù)速率的一半（即 f_DR/2）時沒有充分衰減?；蛘?，寬帶濾波器具有出色的阻帶衰減，從而更大限度地減少混疊。

對于沒有集成數(shù)字濾波器的 ADC，實現(xiàn)如此陡峭的抗混疊響應的選項很有限。眾所周知，具有陡峭滾降的高階模擬抗混疊濾波器很難設計，并且會受到元件容差和溫度的影響。或者，可以對轉(zhuǎn)換器進行過采樣并在處理器中以數(shù)字方式進行濾波，但這會以犧牲指令周期為代價，而在高速應用中，指令周期可能非常有限。Δ-Σ ADC 中的寬帶濾波器憑借其內(nèi)置的“過采樣，低通濾波器，然后抽取”拓撲真正解決了這一問題。

所有數(shù)字濾波器之間都需要進行權(quán)衡，為了實現(xiàn)出色的頻域性能，需要更長的建立時間。對輸入應用階躍函數(shù)后，ADS127L01 的數(shù)字濾波器需要 84 個輸出采樣周期才能穩(wěn)定至最終輸出。因此，寬帶濾波器不適合在多個信號源輸入之間循環(huán)的應用。

圖 4-2 顯示了 ADS127L01 寬帶濾波器的階躍響應。

圖 4-2 ADS127L01 寬帶濾波器對單位階躍輸入的響應

該濾波器具有線性相位響應，這意味著其群延遲（由于相移造成的延遲）在整個頻率范圍內(nèi)保持恒定。對于此濾波器，群延遲為 42 個輸出數(shù)據(jù)樣本。

Δ-Σ ADC 中的寬帶數(shù)字濾波器為不需要在不同信號源之間進行多路復用的寬帶、精密測量信號鏈提供了理想的功能塊。具有低紋波的平坦通帶可確保不會丟失帶內(nèi)信號內(nèi)容，陡峭的過渡和出色的阻帶衰減可在抗混疊至關(guān)重要的環(huán)境中提供靈活性。此外，仍然可以達到 Δ-Σ ADC 的預期精度。