工程师博客分享——全能DAQ ADAQ798x,如何实现高噪声输入的有源滤波

selina 在 周四, 10/12/2017 - 11:06 提交

selina的头像

作者:tschmitt,ADI应用工程师

这是本系列的最后一篇文章,我们将概述ADAQ798x的Sallen-Key有源低通滤波器拓扑结构。此配置是一种较为简单的有源滤波实现方案,使得ADAQ798x即使同高噪声输入源和传感器接口,也能发挥最高性能。

Sallen-Key低通滤波器

Sallen-Key拓扑可用来将ADAQ798x的ADC驱动器配置为有源、双极点、低通滤波器。此配置相对简单,因为ADC驱动器设置为简单的同相配置,滤波器不会直接影响其性能和带宽(参见ADI公司线性电路设计手册)。低通滤波器的实现需要两个电阻(R1和R2)及两个电容(C1和C2)以设置滤波器截止频率,另需要两个可选电阻(Rf和Rg)以增加信号增益:

 工程师博客分享——全能DAQ ADAQ798x,如何实现高噪声输入的有源滤波

可将该配置看作是一个-40 dB/10倍频程滤波器级联一个增益级:

 工程师博客分享——全能DAQ ADAQ798x,如何实现高噪声输入的有源滤波

R1、R2、C1和C2的值决定滤波器的形状和响应。本文将重点讨论R1 = R2且C1 = C2的配置。这一组合导致滤波器的Q因数为0.5,其行为类似于两个等效串联RC低通滤波器。这种情况的频率响应为:

 工程师博客分享——全能DAQ ADAQ798x,如何实现高噪声输入的有源滤波

假设R1 = R2 = R且C1 = C2 = C,则滤波器转折频率计算如下:

 工程师博客分享——全能DAQ ADAQ798x,如何实现高噪声输入的有源滤波

在转折频率fc,该滤波器的响应比直流增益低大约6 dB。滤波器的直流增益由我们在前面几篇文章中看到的同相增益关系给出:

 工程师博客分享——全能DAQ ADAQ798x,如何实现高噪声输入的有源滤波

此配置可降低信号源、传感器或其他模拟前端电路的带外噪声。如果该信号链的这些部分的噪声明显高于ADAQ798x所包括器件的噪声,并且信号带宽小于ADC的奈奎斯特速率,则采用此配置可帮助改善系统噪声性能。来自一个连接到滤波器输入端的信号源的均方根电压噪声(vn rms)为:

其中,ein为输入源的噪声谱密度,AV为ADC驱动器的增益(如上所示),fENBW为滤波器的有效噪声带宽。前提条件是有源滤波器截止频率显著低于ADAQ798x集成RC滤波器的截止频率(几乎总是如此)。上述滤波器的fENBW即为:

 工程师博客分享——全能DAQ ADAQ798x,如何实现高噪声输入的有源滤波

所选的滤波器截止频率可以接近为最大限度降低应用噪声而需要的最大输入频率。我们通过一个例子来了解此配置如何改善系统噪声性能。

对于一个输入噪声谱密度为500 nV/√Hz且信号增益为1的系统,截止频率(fc)须为多少才能确保输入源对系统的噪声贡献不超过100 μV rms?求解上面公式中的fc得到:

使用R1 = R2 = 1.2 kΩ且C1 = C2 = 2.7 nF可实现接近此要求的滤波器截止频率(~49 kHz)。

结语

本文讨论了一个采用ADAQ798x集成ADC驱动器的简单有源双极点低通滤波器实施方案。这是利用ADAQ798x实现有源滤波的许多潜在配置中的一种。

将有源滤波与过采样和抽取结合,可进一步改善系统噪声性能。过采样和抽取是数字滤波的一种形式,通过将一定数量的连续样本平均来降低带外噪声,不过信号带宽会有损失(更多信息参见技术文章《利用过采样增加SAR ADC 的动态范围》)。

设计有源滤波器时,必须注意滤波器通带的平坦度。许多滤波器在通带会表现出一些偏差,尤其是当它们在某一频率引起谐振或峰化时。确定和设计有源滤波器拓扑结构时,应注意应用在目标带宽上的增益平坦度要求。

再次感谢关注本系列关于ADAQ798x集成ADC驱动器备选配置的最后一篇博客。希望大家有所收获,在应用中充分发挥该器件的灵活模拟前端的优势!

主图: 

 工程师博客分享——全能DAQ ADAQ798x,如何实现高噪声输入的有源滤波

用户喜欢...

制造商和工程师:了解您的仪表放大器以实现准确的物联网数据采集

感知是物联网(IoT)和智能家居开始的地方,也是DIY爱好者,制造者甚至专业设计师遇到他们的第一个问题的地方。许多便宜的传感器,如加速计,力传感器,应变计和压力传感器都是围绕电...


工程师博客分享——我梦想过一个智能圣诞节

selina 在 周二, 12/19/2017 - 16:34 提交 作者:EdGrasso 你知道这个圣诞假期我们应该要什么礼物吗?技术。我指的并不是什么很酷的科技小玩意,如无线耳塞或声控个人助理等。我的意思是,对于什...


工程师博客分享——利IoT在智能农业领域奋勇前进

selina 在 周五, 12/15/2017 - 13:10 提交 作者: erickolsen Analog Strategic Marketing Manager 如果您从未想过ADI公司会出席,爱尔兰Screggan的全国犁地锦标赛(NPC),那么您最好再想一想。 全国犁地锦标赛是西...


视觉工程师必须知道的工业相机50问

1:工业相机的丢帧的问题是由什么原因引起的? 经常会有一些机器视觉工程师认为USB接口的工业相机会造成丢帧现象。一般而言,工业相机丢帧与工业相机所采用的传输接口是没有关系的,无...


工程师博客分享——连续时间Σ-Δ型ADC的优势

selina 在 周二, 12/12/2017 - 10:36 提交 流水线ADC是奈奎斯特速率离散时间架构,从DC到奈奎斯特频率,其量化噪声是平坦的。对于不需要全部奈奎斯特带宽的应用,可以实施其他ADC架构。带通连续...


工程师博客分享—— 更好地享受旅途

selina 在 周一, 12/11/2017 - 09:15 提交 作者: HighSpeedMkt,ADI高速转换器业务部门工程师 在之前的博客中,我突出介绍了高速转换器创新改变我们世界的三种方式——高速转换器的创新从三个方面...


在机器学习的应用上,软件工程师和FPGA真的有着难以逾越的鸿沟吗?

人工智能和机器学习正在渗透所有的行业。随着人工智能算法的成熟,支持这些算法的硬件平台也日趋成熟。目前,这些硬件平台包括 ASIC,CPU,GPU以及 FPGA 。在 Plunify,尽管我们的强项是F...


成为一名机器学习算法工程师,需要具备哪些技能?

成为一名合格的开发工程师不是一件简单的事情,需要掌握从开发到调试到优化等一系列能力,这些能力中的每一项掌握起来都需要足够的努力和经验。而要成为一名合格的机器学习算法工程...


嵌入式工程师必须知道的八大加密算法

伴随着人工智能、物联网时代的到来,数据应用变得频繁起来,数据安全应该如何保护?软件加密算法都有哪些,这些算法在哪些方面得到了应用?慢慢读下去,你会发现围绕在我们身边的“...


资深工程师谈IIR滤波器设计感悟

查过很多资料,对于IIR滤波器结构和原理介绍很多,但是,真正对于FPGA的快速设计介绍很少。我对IIR滤波器的MATLAB仿真和FPGA硬件仿真做了充分的对比,关于IIR滤波器设计和实现做一下总结:...


MCU(单片机)工程师的十个不要,三个必须要

十个不要: 1、不要第一句话就说:给个代码吧!你应该想想为什么。当你自己想出来再参考别人的提示,你就知道自己和别人思路的差异。 2、初学者请不要看太多的书,那会误人子弟的。...


工程师博客分享—— 自动驾驶的目标,比最好的人类司机更快、更及时地作出决策

selina 在 周四, 11/16/2017 - 11:14 提交 180项决策,这是司机每分钟平均作出的决策数量,每秒钟3项决策,相当惊人。 现在,想象您在开车,一辆迎面而来的汽车不知不觉进入了您的车道。与此同...


工程师博客分享——利用切实可行的情报打击窃电

selina 在 周三, 11/15/2017 - 11:04 提交 据东北集团报告,窃电给能源供应商造成的损失每年高达960亿美元,这大致相当于发展中国家2020年气候行动融资的总目标。窃电问题常被视为发展中国家的...


迎向工业4.0、智能制造 麦肯锡分享企业转型八个成功策略

全球企业都在谈物联网、工业4.0的同时,全新“体验时代”也正式来临。国际调研机构麦肯锡稍早分享了有关现今产...


资深工程师分享学习FPGA的一些经验

在学习一门技术之前我们往往从它的编程语言入手,比如学习单片机时,我们往往从汇编或者C语言入门。所以不少开...


C51编程经验汇总分享

在单片机的开发应用中,已逐渐开始引入高级语言,C语言就是其中的一种。用惯了汇编的人,总觉得高级语言“可控性”不好,不如汇编那样随心所欲。以下是笔者在C51编程中的几点经验,...