ZHCADW9 March 2024 ADS127L11 , ADS127L14 , ADS127L18 , ADS127L21 , PGA849 , PGA855

2 PGA855 模擬前端濾波器

PGA855 模擬前端電路包含三個模擬濾波器。圖 7-13 展示了 PGA855-ADS127Lx1 電路的濾波器。

圖 2-1 PGA855 模擬濾波器

位于 PGA 輸入端的第一個模擬濾波器有助于降低電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 高頻外部噪聲。此輸入濾波器可根據(jù)應用帶寬和抗混疊要求進行定制。

該電路示例使用電容器比值 C_{IN_DIFF} = 10 × C_{IN_CM} 的濾波器。為差分電容器 C_{IN_DIFF} 與共模電容器 C_{IN_CM} 使用 10:1 的電容器比值可提供良好的差分和共模噪聲抑制。另外，此電容器比值也往往對濾波電容器的容差變化和失配不太敏感。如果選擇的 C_{IN_DIFF} 電容器值比共模電容器大 10 倍，會使差分濾波器提供的轉角頻率比共模濾波器轉角頻率低 20 倍。因此，差分信號的衰減頻率低于共模信號。儀表放大器會放大差分信號并抑制共模電壓信號。提供此電容器比值有助于減輕共模電容器失配造成的影響，共模電容器失配會導致將非對稱噪聲衰減到微小水平。通過簡單的檢查，推導出方程式 1 和方程式 2，用于計算轉角頻率：

EMI/RFI 輸入濾波器差模轉角頻率：

方程式 1.

f_{- 3 d B_D I F F} = \frac{1}{2 π \times (R_{I N_F I L} + R_{I N_F I L}) \times (C_{I N_D I F F} + \frac{C_{I N_C M}}{2})}

EMI/RFI 輸入濾波器共模轉角頻率：

方程式 2.

f_{- 3 d B_C M} = \frac{1}{{2 π \times R}_{I N_F I L} \times C_{I N_C M}}

方程式 1 提供 7.58MHz 的輸入差分濾波器 f?_-3dB? 轉角頻率。在測量電阻高的電橋傳感器時，傳感器電阻可能會影響輸入濾波器的轉角頻率。

第二個濾波器有助于限制 PGA855 的固有噪聲貢獻，并用作抗混疊低通濾波器。一般而言，反饋濾波器的帶寬可以根據(jù)應用帶寬要求進行調(diào)整。此濾波器的實現(xiàn)方式是將反饋電容 C_FB 與 PGA855 輸出級 5kΩ 反饋電阻器并聯(lián)構成一個一階濾波器。

方程式 3.

f_{- 3 d B_F B} = \frac{1}{{2 π \times R}_{F B} \times C_{F B}}

PGA855 電路帶寬受 C_FB 限制。在本例中，C_FB 設置為 47pF，并與輸出級 5kΩ 反饋電阻器并聯(lián)，以提供 677kHz 的典型 f_–3dB 轉角頻率。

請注意，PGA855 內(nèi)部全差分放大器輸出級電阻器雖然彼此之間精確地按比例匹配，以提供非常低的增益誤差，但在工藝和溫度變化過程中可能表現(xiàn)出 ±15% 的絕對電阻，并且在實施噪聲濾波時，必須將此電阻變化考慮在內(nèi)?？紤]到內(nèi)部反饋電阻器的 5kΩ ±15% 的絕對電阻變化，反饋濾波器的 f_–3dB 轉角頻率可能會在大約 589kHz 到大約 677kHz 的范圍內(nèi)變化。

ADS127Lx1 輸入端的第三個差分 R-C-R 濾波器有兩個用途。首先，該濾波器為整個濾波器響應提供第三個極點，從而增大濾波器滾降斜率。該濾波器用作電荷庫以過濾 ADC 的采樣輸入。電荷庫減少了放大器的瞬時電荷需求，保持了低失真和低增益誤差，否則會因放大器未完全穩(wěn)定而降低性能。ADC 輸入濾波器值為 R_FIL = 47.4Ω、C_DIFF = 560pF 和 C_CM = 51pF。ADS127Lx1 輸入預充電緩沖器可顯著降低采樣保持輸入電荷，從而提高 ADC 輸入阻抗以減小增益誤差。

為了實現(xiàn)低失真，信號路徑中的所有位置（?C_{IN_DIFF}、C_{IN_CM}、C_FB、C_DIFF、C_CM）都使用高等級 C0G (NP0)。在表面貼裝陶瓷電容器中，C0G (NP0) 陶瓷電容器中使用的電介質類型在電壓、頻率和溫度變化時可提供非常穩(wěn)定的電氣特性。

考慮了全部三個模擬濾波器的 PGA855 模擬前端電路可提供 620kHz 的標稱 f_–3dB 帶寬。在內(nèi)部 5kΩ 反饋電阻器容差的高側，PGA855 f_–3dB 帶寬變?yōu)?547kHz，電路在 85kHz 范圍內(nèi)保持 –0.1dB 平坦度。圖 2-2 展示了 TINA-TI 仿真 PGA855 交流頻率響應。

圖 2-2 PGA855 頻率響應仿真結果