ADC滤波电路设计
让我们设定一个场景:您有一个ADC，但是由于信号本身的一些问题，由于参考的稳定性，或者由于ADC在存在过量电荷的情况下的内部操作，它有一些幻像噪声问题。在所有这些情况下，可能需要一个ADC滤波电路来确保高精度的信号采集。从信号的角度来看，设计ADC滤波器电路相当简单，但在滤波基准或输入电荷补偿时应小心。
在本文中，我们将研究构建ADC滤波器电路以针对三个领域的噪声所涉及的设计步骤。不同类型的ADC滤波电路应应用于不同的情况，并不是所有的ADC都需要包括所有可能的滤波电路才能正常工作。注意这些要点
ADC滤波器的类型
电路设计人员可能需要降低ADC噪声的三个主要领域是:
- 滤波参考电压
- 滤波信号
- ADC输入的电荷补偿
参考电压滤波
所有的adc都需要一个精确的参考电压源，它将被用作信号电平的比较，并将决定量化的水平。这个精度参考可以有自己的输出噪声，或者参考和ADC的VREF引脚之间的路由可以从其他来源拾取噪声。在任何一种情况下，都可能需要滤波以确保低噪声信号采集。
的典型过滤器ADC基准电压是一种简单的低esr电容器(陶瓷片电容器)。该电容器的想法是为VREF导轨和系统模拟接地引脚之间的电位变化提供补偿。这就像在ADC的VREF引脚上放一个电容一样简单。有些组件需要这个电容器才能正常工作;典型尺寸为1- 10uf或更高。
ADC上模拟和数字电压轨的电容选择示例。
电荷补偿
当ADC在采集和转换模式之间切换时，该技术旨在补偿ADC输入端的瞬态响应。ADC输入引脚有一些电容(这是由于现代ic的内部结构所固有的)，用于测量和数字化输入信号。
当内部时钟引起从采集到转换的切换时，通过该内部电容的电压被测量并量子化。这个电容可以瞬间放电，并可能产生什么似乎是量化误差。在低分辨率下通常不会注意到这一点，但在高分辨率下可能会产生错误。
解决方案是在ADC的输入端放置RC电路。一个简单的RC滤波器的设计应使其放电时间小于采集时间(足够快，在下一个转换阶段之前接近VREF)，但放电时间足够长，以限制噪声带宽:
ADC输入的电荷补偿滤波器设计。
这里我们不能将噪声带宽限制为零，因为这将导致滤波器的时间常数违反采集时间。这里的典型策略是使给定电阻值的滤波电容最大化。为了获得更低的信号带宽，电阻可以增加尺寸以进一步限制噪声。
滤波电路
这些电路通常与放大电路一起设计，以将输入信号缩放到所需值，正如本文所讨论的那样。这里的想法与上述收费补偿的情况大致相同;限制带宽，以便从ADC输入切断高频噪声源。但是，请确保放大电路和滤波电路设计在一起，以确保低噪声，而不会因ADC输入上的任何电荷补偿而降低负载。
在更高的频率会发生什么?
需要在更高频率下工作的系统可能仍然在ADC的前端有某种类型的滤波或电荷补偿。事实上，一些需要模数转换的soc将在芯片中包含ADC，因此您不必为ADC使用任何外部组件，并且您很可能不需要自己从分立组件设计滤波器/电荷补偿。有几个原因可以将其集成到半导体芯片中，而不是作为分立器件放置:
- 方便设计师，所以他们可以使用现成的组件
- 滤波电路可能很复杂，并且可能存在设计错误
- 如果使用错误的元件，滤波电路中的元件可能不理想
- 在非常高的频率下，信号可以在滤波电路中表现出传播效应
- 这些输入通常是阻抗匹配，防止反射
在大多数高级应用运行的高频范围内，更多地关注信号进入组件的布局和路由，而不是设计滤波器。设计堆栈以提供适当的ADC的接地策略将解决混合信号系统中可能出现的大多数简单的噪声问题，并且是辅助精确信号测量的第一步。
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