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4.3 改善频率指标的方法:相干采样及滤波

欢迎参加 TI 高精密实验室 本章节将讨论相关采样和滤波 相关采样可以提升 ADC 测量到的最佳性能 这有助于评估一些高性能 ADC 而输入滤波可以提升输入信号的质量 以减小干扰 这是一个典型的 ADC 测试系统 红色方框内是前面提到的 FFT 的计算方法 这里使用 1M SPS 的采样率 和 256 个点的样本 这可以帮助计算频率分辨率 输入信号为 62.5k 输入信号是频率分辨率的16倍 由于是整数倍 所以没有频谱泄露 这就叫相关采样 所以最好测试 ADC 的方法 就是输入频率设置为分辨率的整数倍 以减小频谱泄露导致的误差 实际的系统是信号发射器 和 MCU的时钟不是同步的 所以要实现相关采样是困难的 例如设置信号发生器产生 62.5kHz 的信号 而实际产生的是 62.503kHz 并且还会随着时间和温度的漂移而漂移 同样 MCU 的时钟也会变化 例如1M SPS 可能实际是 0.9997M SPS 这种情况下会有频谱泄露 所以这种简单的系统实现不了相关采样 一种做法就是将 MCU 的时钟 和信号发生器的时钟同步起来 这样可以保证输入信号总是 是频率分辨率的整数倍 就算时钟漂移 可以将 MCU 的时钟送到信号发射器 也可以用信号发射器的时钟送到 MCU 时钟需要是高性能的 因为时钟抖动和偏移也会引入误差 通常这种方法适用于 18Bit 以上的 ADC 测量 测量 ADC 需要考虑的另一个问题是 输入信号的纯净度 许多信号发生器仅仅具有 12Bit 的精度 这样的精度满足不了高精度 SAR ADC THD 和 SNR 的测量要求 有一些高精度的场合 信号发生器又比较贵 所以在普通信号发生器输出端 所以在普通信号发生器输出端 使用带通滤波器是比较好的选择 使用带通滤波器是比较好的选择 带通滤波器可以降低信号的谐波和带外的噪声 高阶的带通滤波器使得普通信号发射器 测量 18 或者 20Bit 的高性能ADC成为可能 现在来看一下评估版的 FFT 性能 SNR、THD、SINAD 和其他交流指标都显示出来 并且前面九次谐波也是可以放大的 样本数也是可以调整的 大的样本数可以减小频谱泄露 但是需要更长的测量时间 太长的时间信号发生器发生漂移 也会影响测量结果 通常 16k 或者 32k 样本比较好 当然跟实际情况有关系 加窗函数也是可以修改的 对于ADC Seven-term Blackman Harris 是最好的选择 好的 本章节就到这里 你也可以通过测验题来提高你对这个章节的理解

欢迎参加 TI 高精密实验室

本章节将讨论相关采样和滤波

相关采样可以提升 ADC 测量到的最佳性能

这有助于评估一些高性能 ADC

而输入滤波可以提升输入信号的质量

以减小干扰

这是一个典型的 ADC 测试系统

红色方框内是前面提到的 FFT 的计算方法

这里使用 1M SPS 的采样率

和 256 个点的样本

这可以帮助计算频率分辨率

输入信号为 62.5k

输入信号是频率分辨率的16倍

由于是整数倍

所以没有频谱泄露

这就叫相关采样

所以最好测试 ADC 的方法

就是输入频率设置为分辨率的整数倍

以减小频谱泄露导致的误差

实际的系统是信号发射器

和 MCU的时钟不是同步的

所以要实现相关采样是困难的

例如设置信号发生器产生 62.5kHz 的信号

而实际产生的是 62.503kHz

并且还会随着时间和温度的漂移而漂移

同样 MCU 的时钟也会变化

例如1M SPS 可能实际是 0.9997M SPS

这种情况下会有频谱泄露

所以这种简单的系统实现不了相关采样

一种做法就是将 MCU 的时钟

和信号发生器的时钟同步起来

这样可以保证输入信号总是

是频率分辨率的整数倍

就算时钟漂移

可以将 MCU 的时钟送到信号发射器

也可以用信号发射器的时钟送到 MCU

时钟需要是高性能的

因为时钟抖动和偏移也会引入误差

通常这种方法适用于 18Bit 以上的 ADC 测量

测量 ADC 需要考虑的另一个问题是

输入信号的纯净度

许多信号发生器仅仅具有 12Bit 的精度

这样的精度满足不了高精度 SAR ADC

THD 和 SNR 的测量要求

有一些高精度的场合

信号发生器又比较贵

所以在普通信号发生器输出端

所以在普通信号发生器输出端

使用带通滤波器是比较好的选择

使用带通滤波器是比较好的选择

带通滤波器可以降低信号的谐波和带外的噪声

高阶的带通滤波器使得普通信号发射器

测量 18 或者 20Bit 的高性能ADC成为可能

现在来看一下评估版的 FFT 性能

SNR、THD、SINAD

和其他交流指标都显示出来

并且前面九次谐波也是可以放大的

样本数也是可以调整的

大的样本数可以减小频谱泄露

但是需要更长的测量时间

太长的时间信号发生器发生漂移

也会影响测量结果

通常 16k 或者 32k 样本比较好

当然跟实际情况有关系

加窗函数也是可以修改的

对于ADC

Seven-term Blackman Harris

是最好的选择

好的

本章节就到这里

你也可以通过测验题来提高你对这个章节的理解

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4.3 改善频率指标的方法:相干采样及滤波

所属课程:TI 高精度实验室 – ADC系列视频 发布时间:2018.03.15 视频集数:28 本节视频时长:3:16
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