本文探討時(shí)鐘容差對(duì)Σ-Δ型ADC固有的低通抽取和數(shù)字濾波器性能的影響，尤其是濾波器陷波頻率。低帶寬Σ-Δ應(yīng)用通常利用數(shù)字濾波器提供50Hz、60Hz或同步50Hz/60Hz噪聲抑制。在選擇外部時(shí)鐘晶體或選擇內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，了解時(shí)鐘頻率與數(shù)字濾波器濾波器特性之間的關(guān)系非常重要。

Σ-Δ型ADC使用調(diào)制器將模擬輸入轉(zhuǎn)換為一系列脈沖。調(diào)制器輸出端的1與0之比表示模擬輸入的平均值。調(diào)制器的輸出進(jìn)入數(shù)字濾波器。Σ-Δ型ADC中數(shù)字濾波器的常見實(shí)現(xiàn)方式是具有SINC（Sin（x）/x）脈沖響應(yīng)的低通濾波器。濾波器的輸出進(jìn)入抽取器，以降低輸出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率。

除了濾除量化噪聲的明顯功能外，SINC濾波器還具有以數(shù)據(jù)輸出速率的整數(shù)倍提供濾波器陷波的額外好處。例如，60Hz 數(shù)據(jù)輸出速率將具有 60Hz、120Hz、180Hz 等的陷波。通過在已知噪聲源的頻率（即50Hz或60Hz電力線噪聲）下戰(zhàn)略性地調(diào)整濾波器陷波，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的噪聲抑制。當(dāng)使用高分辨率Σ-Δ型ADC在存在50Hz/60Hz噪聲的情況下測(cè)量低帶寬、低電平信號(hào)時(shí)，這非常有用。

濾波器陷波的輸出數(shù)據(jù)速率和頻率是調(diào)制器頻率、抽取比和濾波器階數(shù)的函數(shù)。抽取比是調(diào)制器頻率與輸出數(shù)據(jù)速率之比。調(diào)制器頻率是ADC時(shí)鐘頻率的函數(shù)。

SINC 濾波器，通常為 3RD階次和記作 SINC3，在頻域中定義為：

H（f） = [1/N * Sin（N*π*f/fM） / Sin（π*f/fM)]3

其中：N為抽取比

fM是調(diào)制器頻率

濾波器階數(shù)和抽取比通常由Σ-Δ型ADC的設(shè)計(jì)定義，并在ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)中顯示。ADC時(shí)鐘頻率通常由內(nèi)部振蕩器提供，也可以由外部晶體等外部源提供。

圖1、圖2和圖3顯示了SINC3濾波器響應(yīng)，陷波頻率為60Hz，調(diào)制器頻率為19.2kHz，抽取比為320。使用Maxim在線Σ-Δ50Hz/60Hz抑制計(jì)算器評(píng)估不同器件工作模式下的陷波頻率抑制。

圖1顯示了標(biāo)稱時(shí)鐘頻率下的濾波器響應(yīng)。該濾波器響應(yīng)在濾波器陷波處實(shí)現(xiàn)了近乎無限的60Hz抑制。圖2顯示了相同的SINC3濾波器響應(yīng)，但時(shí)鐘容差為±4%。該濾波器在陷波頻率處顯示-83.7dB抑制。

圖1.標(biāo)稱時(shí)鐘源提供無限的60Hz抑制。

圖2.±4%時(shí)鐘容差可提供83.7dB的60Hz抑制（最壞情況）。

雖然可以精確控制外部時(shí)鐘，但內(nèi)部振蕩器在出廠時(shí)調(diào)整到指定的精度范圍內(nèi)。圖3顯示了在與圖1和圖2相同的參數(shù)下，時(shí)鐘精度在陷波頻率下的最差情況抑制。

圖3.陷波頻率下的正常模式抑制與時(shí)鐘容差的關(guān)系。

改進(jìn)的工藝使制造商能夠?qū)⑾喈?dāng)精確的時(shí)鐘集成到Σ-Δ型ADC中。高分辨率Σ-Δ型ADC（如MAX1415/MAX1416）具有內(nèi)部振蕩器，從而減少了對(duì)外部晶體或外部時(shí)鐘源的需求，節(jié)省了電路板空間。典型工作模式在采用 ±4% 內(nèi)部時(shí)鐘規(guī)格時(shí)具有最小 83.7dB 60Hz 抑制。這對(duì)于許多應(yīng)用程序來說已經(jīng)足夠了。

審核編輯：郭婷