原创 ADC前端为什么要加模拟滤波器

 2014-6-26 10:42  4117 8 8 分类: 测试测量文集: 电子设计

在设计数据采集部分的时候，通常会在ADC的前端设计一个模拟滤波器。信号通过该滤波器进行低通滤波后由ADC转换为数字信号，然后还要对信号进行数字滤波。对于不同的ADC，如何选择前端滤波电路，有源还是无源，高阶还是低阶，网上都有详细的资料。但是却鲜有介绍为何要在ADC加前端滤波器的资料。在下找了一些资料，整理整理，意图在不涉及任何公式和证明的条件下，简要说明其原因。

图1是采样部分的结构框图。

图2 举了一个简单的例子：

假设要对一个1HZ的信号（如深蓝色所示）进行采样，用以下三种不同的采样频率进行采样：

（1）用12HZ的采样率进行采样（如浅蓝色采样点所示），满足奈魁斯特采样定理，采样所得信号经保持器能很好地复现原始信号（和原始信号基本一致）；

（2）用4HZ的采样率进行采样（如紫色采样点所示），也满足奈魁斯特采样定理，采样所得信号经保持器也能粗略地复现原始信号（有一些失真）；

（3）用1.1HZ的采样率进行采样（如绿色采样点所示），不满足奈魁斯特采样定理，采样所得信号经保持器不能复现原始信号（为比原始信号频率低很多的信号）；

现假设要对一个0.1HZ的原始信号进行采样，使用1.1HZ采样率的ADC进行采样，采样率1.1HZ>>原始信号频率0.1HZ,满足奈魁斯特采样定理。现在图2中所示1HZ的信号（如深蓝色所示）对于0.1HZ原始信号来说，是高频干扰。如果ADC前端不加低通滤波器，直接对0.1HZ的信号进行采样，那么在采样后恢复得到的信号中，除了我们想要的0.1HZ的期望信号以外，还掺杂着前面情况（3）所说的（绿色采样信号）。这个（绿色采样信号）会对ADC输出的数字信号产生不可忽略的影响，其频率可以和期望频率很接近，叠加在有用信号上面后，只通过数字滤波很难滤除这些干扰。

滤除这个（绿色采样信号）最好的办法就是在ADC前端加上一个低通滤波器，大幅度衰减这个1HZ信号的能量，增强有用信号的能量比例，使其通过ADC后高频干扰的能量不能对输出信号产生影响。