Mobile-Menu

Analogtechnik

Anti-Alias-Filter für A/D-Wandler im Frequenzbereich entwickeln

< zurück

Seite: 3/3

Anbieter zum Thema

Texas Instruments Deutschland GmbH
TRACO ELECTRONIC GMBH
RECOM Power GmbH
MTM Power Messtechnik Mellenbach GmbH

Das Datenblatt des Verstärkers OPA2314 weist eine Anstiegsgeschwindigkeit von 1,5 V/µs aus, und in einem 5,5-V-System ist UPP = 5,46 V. Wenn sich der Verstärker im linearen Bereich befindet, beträgt der Rail-to-Rail-Ausgangshub 5,46 V (bei 5,5-V-Versorgungsspannung). Bild 6 zeigt das geprüfte Verhalten des OPA2314 mit einem Ausgangshub, der über den linearen Bereich des Verstärkers hinausgeht.

Die errechnete maximale Ausgangsspannung des OPA2314 liegt bei etwa 87,5 kHz. In Bild 6 ist jedoch zu sehen, dass der maximale Wert auf Basis von Labordaten ungefähr bei 70 kHz liegt. Diese Diskrepanz erklärt sich aus der Differenz zwischen den Anstiegs- und Abfallzeiten des Verstärkers und seinem Ansprechverhalten bei den Maxima und Minima der sinusförmigen Eingangsspannung.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 7 Bildern

Die Abtastfrequenz des SAR-ADC

Die nächste Aufgabe besteht darin, die Abtastfrequenz des SAR-ADC zu bestimmen. Unter der Annahme eines Eingangssignals mit maximal 1 kHz ist es notwendig, dass der SAR-ADC das Signal mit mehr als dem zweifachen der Signalfrequenz abtastet. Vorzugsweise sollte es mehr als das Zehnfache sein. Ein A/D-Wandler mit 10 kHz Abtastrate reicht somit aus.

Darüber hinaus ist es wichtig, Rauschen im Signalweg möglichst zu eliminieren. Wenn der SAR-ADC mit einer höheren, über der Grenzfrequenz des Filters liegenden Frequenz abtastet, gelangt dieser Teil des Rauschens nicht durch Alias-Effekte in das System zurück. Ein SAR-ADC mit 100 kHz erfüllt diese Forderung.

Bei einer Abtastfrequenz von 100 kHz beträgt die Nyquist-Frequenz 50 kHz. Bei 50 kHz weist der Frequenzgang des Tiefpassfilters einen Rückgang um etwa 50 dB auf. Diese Abschwächung begrenzt die Auswirkungen von Störungen im System.

Fazit

Das Entwickeln eines Datenerfassungssystems im Frequenzbereich kann interessante Herausforderungen mit sich bringen. Ein System, das aus einem Filter und einem SAR-ADC besteht, wird in der Regel mit den statischen und dynamischen Eigenschaften des Verstärkers und des Datenwandlers evaluiert. Der vorliegende Artikel zeigt im Gegensatz dazu, wie sich der Datenpfad des Systems auch frequenzbezogen evaluieren lässt.

Bei den wichtigen Frequenzkennzeichen handelt es sich um die Signalbandbreite, die Grenzfrequenz des Filters, die Verstärkerbandbreite und die Abtastfrequenz des Datenwandlers. Obwohl die Signalbandbreite mit 1 kHz recht gering ist, sollte die Grenzfrequenz des Anti-Alias-Filters etwa um den Faktor 10 größer gewählt werden als die Signalbandbreite, um die Verstärkungsfehler bei hohen Frequenzen zu reduzieren. Auch die Abtastfrequenz des Wandlers wird höher gewählt als eigentlich nötig. Dieser zusätzliche Aufwand verringert Komplikationen verursacht durch das Herunterfalten von Rauschen durch Aliasing-Effekte.

Literatur

[1] Baker, B.: ”Analog filters and specifications swimming: Mapping to your ADC,” On Board with Bonnie, TI Blog, Nov 5, 2014.

[2] Baker, B.: “Analog Filters and Specification Swimming: Selecting the right bandwidth for your filter,” On Board with Bonnie, TI blog, Nov 8, 2013.

* Bonnie C. Baker arbeitet als Senior Applications Engineer bei Texas Instruments in Tucson/USA.

Artikelfiles und Artikellinks

(ID:43518659)

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Weiterführende Inhalte