噪聲輸入的有源濾波（ADAQ7980）

我們將在本系列的最后概述ADAQ798x的Sallen-Key有源低通濾波器拓?fù)?。這種配置是更簡(jiǎn)單的有源濾波實(shí)現(xiàn)方案之一，即使與噪聲輸入源和傳感器接口，ADAQ798x也能最大限度地提高性能。

薩倫鍵低通濾波器

Sallen-Key拓?fù)淇捎糜趯DAQ798x的ADC驅(qū)動(dòng)器配置為有源雙極點(diǎn)低通濾波器。這種配置相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)锳DC驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在簡(jiǎn)單的同相配置中，因此濾波器不會(huì)直接影響其性能和帶寬。低通濾波器的實(shí)現(xiàn)需要兩個(gè)電阻（R1和 R2） 和兩個(gè)電容器 （C1和 C2） 設(shè)置濾波器截止值，并可選擇兩個(gè)電阻 （Rf和 Rg） 要添加信號(hào)增益：

該配置可以認(rèn)為是級(jí)聯(lián)一個(gè)-40 dB/十倍頻程濾波器，后接一個(gè)增益級(jí)：

R 的值1/ 12， C1和 C2確定濾波器的形狀和響應(yīng)。在這篇博文中，我們將重點(diǎn)介紹 R1= R2和 C1= C2.這種組合使濾波器的Q因數(shù)為0.5，其行為類(lèi)似于串聯(lián)的兩個(gè)等效RC低通濾波器。這種情況的頻率響應(yīng)為：

假設(shè) R1= R2= R 和 C1= C2= C，濾波器轉(zhuǎn)折頻率由下式給出：

在轉(zhuǎn)角頻率 fc，濾波器的響應(yīng)與其直流增益大致為-6 dB。濾波器的直流增益由我們?cè)谥暗奈恼轮锌吹降耐嘣鲆骊P(guān)系給出：

這種配置可以減少來(lái)自信號(hào)源、傳感器或其他模擬前端電路的帶外噪聲。如果信號(hào)鏈的這些部分的噪聲明顯高于ADAQ798x中包含的元件，并且信號(hào)帶寬與ADC的奈奎斯特速率相比較小，則使用此配置有助于改善系統(tǒng)噪聲性能。來(lái)自連接到濾波器輸入的源的均方根電壓噪聲（vn 有效值） 是：

其中 e在是來(lái)自輸入源的噪聲頻譜密度，A在是ADC驅(qū)動(dòng)器的增益（如上所示），f恩博威是濾波器的有效噪聲帶寬。這假設(shè)有源濾波器截止頻率明顯低于ADAQ798x的集成RC濾波器（幾乎總是如此）。f恩博威對(duì)于上述過(guò)濾器，只需：

濾波器截止頻率可在應(yīng)用所需的最大輸入頻率附近選擇，以最大限度地降低噪聲。讓我們看一個(gè)示例，看看此配置如何提高系統(tǒng)噪聲性能。

對(duì)于輸入噪聲頻譜密度為500 nV/√Hz、信號(hào)增益為1的系統(tǒng)，截止頻率（fc） 需要確保輸入源對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)不超過(guò) 100 μV rms ？求解 fc在上面使用的等式中給出：

使用 R1= R2= 1.2 kΩ 和 C1= C2= 2.7 nF可用于實(shí)現(xiàn)接近此值（~49 kHz）的濾波器截止值。

結(jié)語(yǔ)

今天，我們了解了使用ADAQ2x集成ADC驅(qū)動(dòng)器的有源798極點(diǎn)低通濾波器的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。這是可用于利用ADAQ798x實(shí)現(xiàn)有源濾波的眾多潛在配置之一。

通過(guò)將有源濾波與過(guò)采樣和抽取相結(jié)合，可以進(jìn)一步改善系統(tǒng)噪聲性能。過(guò)采樣和抽取是數(shù)字濾波的一種形式，其中將一定數(shù)量的連續(xù)采樣平均在一起，以減少帶外噪聲，但犧牲信號(hào)帶寬（有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱本文）。

設(shè)計(jì)有源濾波器時(shí)要記住的一件事是濾波器通帶的平坦度。許多濾波器在通帶中表現(xiàn)出一些偏差，特別是當(dāng)它們導(dǎo)致諧振或峰值在某個(gè)頻率下時(shí)。在決定和設(shè)計(jì)有源濾波器拓?fù)鋾r(shí)，請(qǐng)注意應(yīng)用在目標(biāo)帶寬內(nèi)所需的增益平坦度。

審核編輯：郭婷