理解高性能ADC中时钟公差对50Hz60Hz噪声抑制的影响空心线圈

理解高性能ADC中时钟公差对50Hz/60Hz噪声抑制的影响

理解高性能ADC中时钟公差对50Hz/60Hz噪声抑制的影响 2011年12月10日 来源： 摘要：本文探讨了时钟公差对Σ-Δ ADC中低通抽样和数字滤波器的影响，特别是对滤波器陷波频率的影响。窄带Σ-Δ应用通常利用数字滤波器提供50Hz、60Hz或50Hz/60Hz的噪声抑制。在选择外部时钟晶体或内部时钟时，了解时钟频率与数字滤波器特性之间的关系非常重要。 Σ-Δ ADC利用一个调制器将模拟输入转变成一串脉冲。调制器输出端“1”与“0”脉冲之比代表模拟输入的平均值。调制器输出送入一个数字滤波器。Σ-Δ ADC的数字滤波器一般用SINC (Sin(x)/x)函数的脉冲响应低通滤波器实现。该滤波器输出接至抽样电路，以降低输出码率。SINC滤波器除了滤除量化噪声这一显著功能外，也有助于提供输出码率整数倍频上的滤波器陷波。例如，60Hz输出码率需要在60Hz、120Hz、180Hz等频点陷波。将滤波器陷波调整到已知噪声源频点(例如50Hz或60Hz电力线噪声)，可以从根本上抑制噪声。使用高分辨率Σ-Δ ADC测量窄带信号，在50Hz/60Hz噪声频率处有低强度信号时，该方法十分有效。输出码率和滤波器陷波频率是调制器频率、抽样频率以及滤波器阶数的函数。抽样率是调制频率与输出码率之比，而调制器频率是ADC时钟频率的函数。SINC滤波器(一般为3阶，SINC³)在频域定义为：

H(f) = [1/N * Sin(N*π*f/fM) / Sin(π*f/fM)]³其中：N是抽样率fM是调制频率 滤波器阶数和抽样率一般取决于Σ-Δ ADC的设计，它们可以在模数转换器的数据手册里查到。ADC时钟频率通常由内部振荡器或外部晶体提供。图1、图2和图3给出了具有60Hz陷波、调制频率为19.2kHz、抽样比为320的SINC³滤波器的频响特性曲线。使用Maxim的在线计算器：Σ-Δ 50Hz/60Hz抑制计算器，可以计算各种器件工作模式下的陷波频率抑制。图1为理想时钟条件下的滤波器频响曲线。该滤波器在陷波频点对60Hz的抑制接近无穷大。图2给出了同样的SINC³滤波器频响特性曲线，但其中加入了±4%的时钟公差。该滤波器在陷波频点提供-83.7dB抑制。图1. 理想时钟源可以实现无穷大60Hz抑制图2. ±4%时钟公差可以提供83.7dB的60Hz抑制(最差条件下)外部时钟可以精确控制，内部振荡器则由工厂微调到指定的精度范围内。图3给出了最差工作条件下的陷波特性与时钟公差的关系，其它参数与图1、图2条件相同。图3. 陷波特性与时钟公差的关系改进的生产工艺使生产商可以将相当精确的时钟集成到Σ-Δ ADC中。高分辨率Σ-Δ ADC，例如MAX1415/MAX1416，都内置了振荡器，可以减少外部晶振或外部时钟源的需求，有效节省电路板面积。在内部时钟公差为±4%时，典型工作模式可以保证在最差工作条件下对60Hz频率提供83.7dB的抑制，足以符合多数应用的要求。

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