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[参考译文] ADS1281:有关"采样率"和"FIR 带宽"参数的问题。

Guru**** 1828770 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1281, ADS1282, ADS1262, ADS1220
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1087356/ads1281-question-about-the-sample-rate-and-fir-bandwidth-parameters

部件号:ADS1281
线程中讨论的其他部件: ADS1282ADS1262ADS1220

各位专家:

我在“TI 精密实验室- ADC”中观看了视频,并从中受益。 但我仍然对实际 ADC 的一些参数及其在设计中的使用情况感到困惑。

至于 ADS1281,我有:  

'F_mod'(据我所知的采样率):1 MHz

数据速率:例如1000 SPS。

FIR 带宽:0.413 x 1000 = 413 Hz

(我个人对这种 DC 优化的 Δ-Σ ADC 感兴趣,因为它们的 SNR 很高,尽管可能超出了我的需求。)


由于我不熟悉 Δ-Σ ADC 的原理,我对这些参数是否适合我的设计感到困惑,这是我的主要问题。

我的输入信号显示如下:

锯齿波的周期为10毫秒,其中9毫秒为“内置”时间,1毫秒为“重置”时间。 我对“整合”阶段的斜坡感兴趣。


这些是我的问题:

1.'f_mod'的1/2是否为“输入信号频率范围”而不存在混叠? 此外,当输入小于1/2 'f_mod'时,能否保证采样精度(与实际瞬态电压相比)?

  我的输入信号包含步进组件的上限频率约为30 kHz,比0.5 MHz (1/2 f_mod)小得多,这意味着每个超采样点都是准确的?

2.由于我的信号有步进部分,我可以参考哪些参数来确保调制器的速度可以跟随瞬态电压重置? (例如 OPAMP 中的“露率”? 但我在 ADS1281的数据表中找不到它。)

  还是仅取决于输入驱动电路的时间常数? 在这种情况下,我认为这不是正确设计的问题。

3. FIR 滤波器的低截止 BW 是否会降低我的时间范围采样准确度?  

  我认为数字滤波器平均(小数)一个输出数据点的超采样点(OSR)为1024个。 因此,在我的计划 A 中,我使用1000 SPS 数据速率来采样我的100 Hz 锯齿波,如下图所示,我假设“所选数据点”应该准确。

  (如果我使用宽带 ADC 并获得更多数据点作为计划 B,最终我仍然需要手动平均这些数据点,而不是使用集成的 FIR 滤波器)

  但我担心我的设计是否可行,因为我不理解413 Hz FIR 带宽的含义。 我尝试使用具有相同 BW 的模拟滤波器模拟滤波器,导致输出不准确。 那么 FIR BW 意味着什么? 它会影响我的设计准确性吗?

谢谢!

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    你好,罗伯特,

    1.'f_mod'的1/2是否为“输入信号频率范围”而不存在混叠? 此外,当输入小于1/2 'f_mod'时,能否保证采样精度(与实际瞬态电压相比)?

    我真的不知道这个问题的意思,但让我看看我是否还能回答这个问题。 当我尝试了解带宽时,我使用了这张图形(可以随意单击它以获得更高质量)。

    因此,F_MOD =1.024MHz,F_MOD/2 =512kHz,您当前的目标数据速率为1kHz (因此,我们可以推断颠倒放大率为1024)。 如图所示,我会将“输入信号频率范围”定义为小于数据速率的值。 输出数据速率和 f_MOD/2之间的区域牢固地位于 sinc 筛选器的停止带中。 当您接近 f_mod 时,这就是出现混叠的区域。

    如果我错了,请纠正我的错误,但你似乎错过了过度取样概念的重要意义。 过采样是指我们如何在 Δ-Σ ADC 上实现 SNR 值。 在下面,您可以看到我们如何将量化噪声更接近 f_MOD/2,数字滤波器将拒绝该噪声(可在数字滤波器 TIPL 视频中找到)。  

    3. FIR 滤波器的低截止 BW 是否会降低我的时间范围采样准确度?  

    是的,如果回到上面的“别名的影响”图,您会看到数据速率实际上高于 过滤器的-3dB 带宽。 这就是为什么 FIR 滤波器-3dB = 0.413*f_data (= 0.413*1000)。 更不用说,当您查看-3dB 时,sinc 滤波器的推出在技术上更具竞争力,因此您的有效带宽更低。  

    我今天帮助了一些人,他们的数据速率是4kSPS,他们的有效带宽 是1kHz。 在处理德尔塔-西格玛 ADC 时,您应该会想到这一点。 您需要一个数字滤波器,无论它是否集成到 ADC 中,因此您应该期望获得比数据速率更低的有效带宽(因为数据速率的砖墙滤波器不存在,或者延迟太高,无法使用)。

    2.由于我的信号有步进部分,我可以参考哪些参数来确保调制器的速度可以跟随瞬态电压重置? (例如 OPAMP 中的“露率”? 但我在 ADS1281的数据表中找不到它。)

    这是个好问题,我个人需要仔细检查。 许多 ADC 都集成了 PGA,但在这些数据表中也找不到转换率参数。 我认为假设如果您想测量信号,它应该在您的带宽中。 否则,它将被衰减(这意味 着 PGA 应该设计有转换速率以支持最大的全刻度范围摆动)。

    尽管如此,ADS1281没有 PGA,因此我无法做出这样的假设。  采样频率要高得多,因此,假设前端可以为采样回路充电,则该电容器有足够的时间进行加注和放电。 不过,我会再次检查。 编辑:我已经仔细检查了。 请注意,如果它位于数字滤波器的停止波段,则它将被衰减,尽管该内容是由调制器级采样的,没有任何问题。

    有关您的应用程序的评论:

    我还想告诉大家,ADS1282器件不是为直流测量设计的。 地震客户通常会添加 个低通滤波器来过滤 DC,而且地球表面移动速度不是很快,因此高带宽在应用中不起作用。 我们缺少此设备上的典型功能,这些功能可以帮助您进行直流测量,例如直流电压测量功能或专用规格线路。

    不幸的是,这种精确度与带宽的对比是一种旧时代的折价。 您提到可能在另一个帖子中放松 SNR 规格。 您可能会更好 地将 SNR 转换为 ENOB 表(然后转换为电压或电流 LSB),您将知道您的精度是否会受到影响。

    一般而言, ADS1220或 ADS1262在 DC 类型应用中更为常见。 虽然没有说这是一个很好的选择,但这可能是一个值得注意的问题。

    最佳

    Cole

    编辑:低至高通,并注意更高频率的采样

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    你好,Cole,

    感谢 您的耐心回答。 我决定使用可以覆盖我的输入频率范围的更宽频段 ADC 来遵循您的指南。

    您提到了精度和带宽的权衡。 为此,我对 DC 切碎应用有一个不成熟的想法:

    1.使用宽带 ADC 覆盖我的输入频率范围(30 kHz)并对整个波形进行采样。

    2. 识别感兴趣的采样点并按 FPGA 对其进行平均化。

    据我了解,第二步可以通过平均效应来压缩噪音。

    您是否会批准这一方案,还是仅仅使用经 DC 优化的 ADC 更好?

    再次感谢!

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    你好,罗伯特,

    鉴于德尔塔西格玛的固有平均水平,我同意你的想法。 我认为您需要对整个带宽进行采样,以应对从最大信号急剧跳至零的情况。 SAR 在快照采样方面更好,在这种情况下,您可能能够隔离斜坡期间的测量时间并忽略锐减,但 SAR 的准确度并不是您一直在寻找的。 如果您没有看到过 SAR 与德尔塔西格玛的 TIPL 视频: https://training.ti.com/ti-precision-labs-sar-delta-sigma-choosing-a-topology?context=1139747-1140267-1128375-1147914-1148215,我将参考该视频 

    是的,平均 可将噪声级别降低 sqrt (n),其中 n 是平均值的数量。 听起来您仍在寻找精确度目标。 我还会注意到,平均值对提高分辨率有限制,超出 ADC 的规格。 有一些好文章可以理解为什么会这样,但如果你平均要低于决议,就要知道还有更多要理解的。

    我还想澄清一点,添加正弦滤波器(或移动平均值)将会降低您的带宽滤波器。 有时我必须澄清平均值与在信号链中添加移动平均值之间的差异。  

    最佳

    Cole