浅谈Delta-Sigma (Σ-Δ) ADC数字滤波

经过Delta-Sigma (Σ-Δ) ADC调制后的信号,可以通过数字滤波进一步减小量化噪声,然后再解调,得到一个数字化的最终结果。


图 1 Delta-Sigma (Σ-Δ) ADC拓扑结构

什么是量化噪声?可以看下面的帖子:
浅谈数模转换器(ADC)量化噪声与信噪比

Delta-Sigma (Σ-Δ) ADC如何调制?可以看下面的帖子:
浅谈Delta-Sigma (Σ-Δ) ADC调制原理

数字解调滤波器可以和调制器一起集成在Delta Sigma ADC里面。也可以把Delta Sigma调制器部分做成一个独立的调制芯片,然后把数字解调滤波器集成在MCU里,比如TI C2000

解调的过程其实是根据一定比率对信号进行抽取,抽取率DR=Fs/Fd。
Fs为调制频率
Fd为解调后的频率

下面重点讲数字滤波

数字滤波

下图是经过Delta Sigma调制器之后的幅频特性,如果我们设计一个如下图红线所示的数字滤波器(比如一个低通滤波器)把红线右边的高频噪声滤除,那么剩下就是有效的信号信息。


图 2 数字滤波器

而数字滤波器的带宽,幅频特性,我们可以通过参数或者阶数去调节。

两种常用两种滤波器,可以实现我们要的幅频特性:

举例: TI ADS1672 芯片使用了55阶的FIR (Finite Impulse Response即有限脉冲响应),实现了宽带通带滤波器的功能,同时意味着,需要延迟55个时钟周期来完成滤波。


图 3 ADS1672 内置宽带带通滤波器

一般来说,阶数越高幅频特性越好,量化噪声衰减越厉害。但是,阶数越高带来的延迟也越大。所以,在更好的幅频特性还是要更快的响应,有时我们不得不取舍。

TI ADS1672 对应开发板 ADS1672EVM-PDK


图 4开发板 ADS1672EVM-PDK

ADS1672EVM-PDK 24 位 ,78.1k ~ 625k 采样率,包括ADC评估软件ADCPro™ ,内置分析工具,包括示波器、FFT 和直方图显示等,帮你节省设计时间。