无论您是选择将ADC内置于MCU还是作为外部组件,无论何时选择ADC,采样速率都是首要考虑因素,因为它将决定您再现测量信号的能力。射频应用,interwetten与威廉的赔率体系 传感器板和其他混合信号设备将需要至少一个具有适当选择的ADC采样率的ADC。
如果要使用混合信号板进行设计,则需要在所需的信号带宽,采样率和ADC的模拟输入带宽之间取得平衡。在使用谐波频率时,很少考虑最后一点,但是对于需要检测脉冲流,宽泛的谐波频率范围或任何其他宽带宽信号的情况,这一点非常重要。如果选择错误采样率的ADC,最终将导致混叠产生虚假信号伪像的情况。
这在模数转换器(ADC)和用于时域测量的示波器中会产生一些重要的后果。在ADC中,我们通常使用有限带宽的信号,因此需要在时域中对其进行数字表示。在示波器中,我们可能需要在时域中再现任何可能的信号(包括时钟或数字信号)。所有这些都取决于设置适当的采样率。
就像任何其他模拟组件及其信号一样,ADC本身也将具有一定的带宽。就像滤波器或放大器一样,模拟带宽(或全功率带宽FPBW)定义了-3 dB点,超出该点会有一些滚降。同样,就像放大器一样,ADC直到其带宽截止频率都不会具有无失真的输出。
由于有限的输入带宽,除非您将采样率设置得非常低,否则ADC的带宽通常小于奈奎斯特频率。除奈奎斯特频率外,所有频率分量都将被混叠。下面显示了两种不同类型的响应,红色区域对应于ADC混叠的频率范围。
ADC中的理想,最大平坦度和高斯ADC输入频率响应曲线
对于红色曲线,ADC输入频率响应恰好在奈奎斯特频率处被截断。尽管您可以通过正确的过滤器集来接近,但这种理想的行为无法物理再现。大多数ADC的实际行为对于经常使用示波器的人们是熟悉的。响应是高斯或类似高斯的。处理PCB中的宽带信号的一个更好的选择是选择一个带宽接近蓝色曲线的ADC。在这里,我们有一个“有效”奈奎斯特频率,等于Fs / 2.5。
ADC采样率与输入带宽的关系
如果我们看上图,在为混合信号板选择ADC时,有两点要理解:
信号失真已经在混叠频率之前发生。这可以从ADC的高斯和最大平坦频率响应中看出。简单地增加采样频率将不会出现此问题。
使用较低的采样频率可以降低成本,但会增加高频分量在信号输出上产生一些伪像的机会。任何在示波器轨迹上看到幻影轨迹,毛刺或人为调制的人都对信号再现中的这些伪像很熟悉。
再现此类信号需要正确的ADC采样率
使用ADC采样率降低PCB噪声
回到最初的问题:最佳采样率是多少?答案是……取决于!如果您的混合信号板在模拟信号上有过多的宽带噪声,则可以使用更高的采样率来降低这种噪声。对宽带模拟信号进行采样时,一个好的经验法则是将采样率设置为信号基本频率的2到5倍。
高速采样后,您可以将输出通过抗混叠滤波器。以更高的速率采样会将宽带噪声功率分布在更高的带宽上,使输出通过抗混叠滤波器将切断不需要的高频分量,包括高频噪声。
高采样率下ADC布局中的降噪
选择具有所需采样率的ADC之后,您必须考虑自己的布局策略。混合信号板上ADC的基本布局规则可能是让ADC跨接在接地层的数字和模拟部分,以确保这些不同类型的信号保持分离。像其他具有数字输出的组件一样,ADC容易受到接地反弹的影响,因此请确保使用旁路电容器来抑制该噪声源并提供准确的信号再现。将此旁路电容器与ADC的接地层接地,以提供尽可能低的环路电感。
如果ADC正在接收RF信号,请考虑使用共面波导配置来路由输入线。这将有助于将线路与其他模拟组件隔离开来,并减少串扰。要避免将时钟信号与时钟走线串扰,请小心在靠近ADC输入或输出走线的地方布线时钟信号。时钟和数字输出线之间的串扰在时钟线上产生正弦噪声信号。然后,它可以作为相位调制耦合回模拟输入,从而在高采样率下产生错误的信号再现。布线时,尽量减少时钟线和信号线之间的宽边耦合。
编辑:hfy
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