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LTC1564高分辨率濾波器的介紹、特性、及應(yīng)用
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典型地，抗混疊濾波器用于在數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行帶限制。此外，隨著轉(zhuǎn)換器采樣率的變化，抗混疊濾波器的通帶也應(yīng)相應(yīng)增加或減少。用于高分辨率轉(zhuǎn)換器的頻率可調(diào)濾波器需要大量昂貴的精密元件。使用LTC1564，數(shù)據(jù)采集儀器和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員擁有一個(gè)低噪聲，連續(xù)時(shí)間，“磚墻”低通濾波器，其拐角頻率f(C)具有數(shù)字控制，(f(C)范圍為10kHz至150kHz，步進(jìn)為10kHz)。LTC1564還包括一個(gè)數(shù)字可編程增益放大器(PGA, 1V/V至16V/V, 1V/V步進(jìn))。一個(gè)簡(jiǎn)單的片上鎖存數(shù)字接口控制拐角頻率和增益設(shè)置。LTC1564采用小型16針SSOP，工作電壓為2.7V至10.5V(單電源或分路電源)。
過(guò)濾性能及操作
LTC1564是一種高分辨率濾波器，具有軌對(duì)軌輸出。具有兩個(gè)阻帶陷波的8階低通響應(yīng)在2.5倍f(C)下提供約100dB的衰減，使其適合高分辨率抗混疊濾波。盡管濾波器階數(shù)很高，但在20kHz角頻率和單位增益下，寬帶噪聲僅為33μV(RMS)(典型)，比±5V電源的軌對(duì)軌最大信號(hào)電平低100dB。在較高的增益設(shè)置下，輸出參考噪聲只略微上升。在最大24dB (16V/V)增益設(shè)置下，相同的20kHz響應(yīng)的輸出噪聲電平為40μV(RMS)(或輸入?yún)⒖荚肼暈?.5μV(RMS))。LTC1564中的增益控制是濾波器的一個(gè)組成部分，使用專(zhuān)有方法故意最小化總噪聲。這種特性很難用單獨(dú)的可變?cè)鲆娣糯笃骱蜑V波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。LTC1564滿(mǎn)足低通濾波器的需求，其性能大致為“100-100-100”:100dB阻帶衰減，100dB信噪比(SNR)和100kHz帶寬。
您不必是過(guò)濾器專(zhuān)家或設(shè)計(jì)人員即可使用LTC1564。只有三個(gè)引腳:輸入、輸出和半電源參考電壓點(diǎn)AGND(圖1)。其他引腳是數(shù)字控制和電源。LTC1564是一種盒裝儀器，帶有輸入和輸出插孔以及兩個(gè)標(biāo)記為“頻率”和“增益”的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)。頻率設(shè)置“F”和增益設(shè)置“G”是通過(guò)F和G數(shù)字輸入引腳輸入的4位代碼(表1)。此外，將F代碼設(shè)置為0000，使濾波器保持完全通電狀態(tài)，但增益為硬零(通常為-100dB)。LTC1564數(shù)字輸入的邏輯電平名義上是軌對(duì)軌CMOS(其中邏輯1為V+，邏輯0為0V，用于單3V或5V或雙±5V電源操作)。
| F3 | F2 | F1 | F0 | G3 | G2 | G1 | G0 | 模式 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | f(C) = 10kHz，通帶增益= 1V/V (0dB) |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | f(C) = 150kHz，通帶增益= 1V/V (0dB) |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | f(C) = 10kHz，通帶增益= 16V/V (24dB) |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 不關(guān)心 | 靜音狀態(tài)，增益為零 | |||
應(yīng)用實(shí)例:2片“通用”DSP前端
在圖2中，LTC1564濾波器驅(qū)動(dòng)LTC1608 16位500ksps數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，實(shí)現(xiàn)高度靈活、完整的16位數(shù)字信號(hào)接口，具有可變?cè)鲆?、可變采樣率和高達(dá)150kHz的可變帶寬。LTC1564的頻率設(shè)定“F”碼和LTC1608的采樣率控制CONVST輸入端(引腳31)設(shè)置信號(hào)帶寬并進(jìn)行抗混疊濾波。
圖2 一個(gè)通用的DSP前端。
例如，LTC1564通帶角(f(C))設(shè)置為100kHz, LTC1608 ADC的采樣率(f(S))為500ksps，在f(S)/2或250kHz的臨界折疊頻率下提供100dB的抗混疊保護(hù)。另一個(gè)獨(dú)立的選擇是以低于5·f(C)的速率(f(S))取樣。這將使折疊頻率(f(S)/2)從2.5·f(C)下降到濾波器滾降帶內(nèi)的某個(gè)地方，其中濾波器的抑制將不會(huì)高達(dá)100dB。這降低了f(S)/2及以上信號(hào)的抗混疊抑制，但在許多應(yīng)用中仍然提供足夠的抗混疊保護(hù)，特別是如果，通常情況下，f(S)/2及以上的可混疊信號(hào)的電平低于f(C)及以下的期望信號(hào)。圖2的電路可以通過(guò)適當(dāng)選擇ADC采樣率和濾波器F碼來(lái)容納這些選項(xiàng)中的任何一個(gè)或兩個(gè)。
圖3顯示了圖2電路的數(shù)字輸出的實(shí)測(cè)FFT頻譜。一個(gè)40kHz, 100mV(RMS)的正弦波被LTC1564預(yù)放大到4.5V(P-P)，幾乎跨越了LTC1608 ADC的輸入范圍。LTC1564的截止頻率為50kHz，增益為16V/V, ADC的采樣頻率為204.8kHz。總諧波失真(THD)下降86dB，動(dòng)態(tài)范圍109dB(由于濾波器噪聲不隨增益增加，可編程濾波器增益將動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到單位增益范圍之外)。
圖3 圖2電路數(shù)字輸出的FFT圖。
結(jié)論
除了提供高分辨率抗混疊外，LTC1564還可用作重建濾波器，消除數(shù)字轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出端不必要的高頻信號(hào)頻譜。一個(gè)簡(jiǎn)單、緊湊、經(jīng)濟(jì)、高性能的數(shù)字信號(hào)處理和生成系統(tǒng)硬件只需要兩個(gè)LTC1564，一個(gè)ADC和一個(gè)DAC
責(zé)任編輯：David
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