原创 Δ-Σ ADC 简述（第 3 部分）：数字/抽取滤波器

数字滤波器功能衰减了噪声，而抽取功能则降低了输出数据速率。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

作者：德州仪器（TI）Bonnie Baker

在 Δ-Σ ADC 中，紧随调制器之后的是数字/抽取电路，该电路对调制器的 1 位码流进行采样和滤波。在调制器输出端，高频噪声和高速采样速率却是个难题。然而，由于现在的信号均驻留在数字域中，因此您可以运用数字滤波器功能来衰减噪声，并使用抽取功能来降低输出数据速率。设计人员通常会将数字滤波器和抽取功能一起集成到同一块硅芯片上。

图 1 显示了信号在通过数字/抽取滤波器功能时的情况。数字滤波器功能在相同速率下起到了和调制器采样速率一样的作用（请参见图 1a）。需要注意的是，24 位码序列与原始信号相类似。在时域中，数字滤波器功能看似主要负责 Δ-Σ 转换器的低噪声和高精度。但是，由于对高频噪声的抑制作用，这种功能对系统噪声具有二阶影响。源自于调制器的噪声整形影响了更低频带中的噪声抑制（请参见图 1b）。

虽然数字滤波器功能拥有数字输入，但由于数据速率仍然太高，以至于无法使用。尽管看起来您好像拥有大量高采样速率下高质量的多位采样，然而实际上这种数据中的大多数并不是您所需要的。

数字/抽取滤波器的第二个功能是抽取。抽取功能是将数字信号输出速率降至系统尼奎斯特频率的过程。对所有组的 24 位码求平均值是实施抽取功能的一种简便方法（请参见图 1c）。抽取功能将这些高精度数据字段累积在一起，对数个字段一起求平均，输出该平均结果，并将数据放到一起以进行下一次求平均。实施低功耗抽取功能的一种更为经济的方法是仅从每 Kth 采样中挑出 24 位字段，无需进行更多的求平均操作（K 等于采样过密或抽取比率）。

几乎所有的 Δ-Σ 转换器都集成了一类被称为正弦或 FIR 滤波器的均值滤波器，它们因其频率响应而得名。许多 Δ-Σ 器件都使用其它具有正弦滤波器的滤波器，以进行二级抽取。低速工业用 Δ-Σ ADC 一般只使用一个正弦滤波器。

在频域中，您可以看到这种数字/抽取滤波器只对信号使用了一个低通滤波器（请参见图 1b）。在这种情况下，数字/抽取滤波器衰减了更高频率调制器量化噪声。量化噪声减少后，信号又重新出现在时域中。

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