凡亿助教-小满
凡事用心,一起进步
打开APP
公司名片
凡亿专栏 | 截止频率够低,带外杂散怎么还会折回通带?
截止频率够低,带外杂散怎么还会折回通带?

截止频率够低,带外杂散怎么还会折回通带?

ADC前端的低通截止频率已经压在目标带宽外,FFT里却还是冒出一根稳定的低频杂散。这个现象很容易被误判成电源纹波或数字串扰。核心判断是:抗混叠滤波器不能只看−3dB截止点,它必须在所有“会折回目标带宽”的模拟频率上提供足够衰减。只要ADC的模拟输入带宽还接得到那股能量,采样就可能把高频干扰搬到看似无关的低频位置。

图1:高速ADC模拟前端所在的PCB电路

先用采样率追出杂散的原地址

采样后的频谱会以采样率Fs为周期重复。输入频率Fin落在更高奈奎斯特区时,数字域看到的位置可由|kFs±Fin|折回到第一奈奎斯特区。以80MSPS采样70.1MHz为例,第一镜像落在80−70.1=9.9MHz。FFT上那根9.9MHz谱线看起来很低,但它的物理来源可能在70MHz附近。

因此排查低频杂散时,不要只在9.9MHz附近找耦合源。把可疑频点分别做Fs−f、Fs+f、2Fs−f等反推,再与板上时钟、开关电源谐波、射频本振和外部信号源对照。若改变Fs后杂散按镜像关系移动,而外部干扰频率不动,混叠证据就比“屏蔽后好像变小”更扎实。

同一个数字频点往往对应不止一个模拟候选源,所以反推后还要看系统允许进入ADC的实际带宽。前级放大器、变压器、走线和ADC输入网络共同决定哪些候选频率真能到达采样保持电路。先把候选频带列出来,再用频谱仪或带通注入逐段排除,能避免在板上无目的地换电容、加磁珠。

图2:多个奈奎斯特区会把不同模拟频段映射到同一个数字通带。

截止频率只定义拐点,不代表阻带够深

低通在截止点附近通常只有有限衰减,后面还需要一段过渡带才能进入目标阻带。若ADC本身的模拟输入带宽远大于信号带宽,滤波器后面的噪声和杂散仍可能被采到。评价AAF时应问:在最危险的镜像频段,衰减是否大于系统需要的动态范围,而不是只问截止频率是不是比信号最高频率高一点。

滤波器阶数、类型和元件误差会同时影响通带纹波、相位与阻带。为了追求更陡的滚降而堆很多电感电容,可能带来阻抗不匹配、器差和新的寄生谐振。ADC前端还要满足驱动建立时间与失真要求,所以AAF必须与驱动器输出阻抗、ADC输入网络一起仿真,不能当成独立的理想低通。

图3:AAF响应与ADC模拟带宽叠加后,阻带不足的位置仍会接收噪声和杂散。

把最差过渡带写成一个明确频段

若基带最高频率为fA,第一次最危险镜像通常从Fs−fA开始。滤波器要在fA到Fs−fA之间完成从通带到所需阻带衰减的过渡。Fs只略高于2fA时,这段距离很窄,模拟滤波器会非常难做;这也是很多系统提高采样率的原因。过采样把镜像推远,给模拟滤波留下更宽的过渡带。

提高采样率并不会自动消除混叠,它只是重新安排镜像位置。新的Fs确定后,仍要计算时钟谐波、输入带外大信号和宽带噪声落在哪里。若系统后面还会抽取降采样,数字滤波器必须在降采样前先压掉将要再次折回的频谱。模拟AAF负责进入ADC之前的能量,数字滤波负责之后的重采样边界,两者不能互相代替。

图4:过采样扩大了fA到镜像频段之间的过渡带,降低模拟滤波器陡度压力。

用单音扫频做一次可重复验证

保持输入幅度不变,从目标带宽外逐步扫到ADC模拟带宽上限,同时记录数字FFT中主谱线的位置和幅度。位置应按镜像公式折回,幅度则反映信号源、驱动器、AAF和ADC带宽的组合响应。把AAF旁路与装回的两条曲线叠加,能直接看到滤波器在危险频段到底提供了多少衰减。

测量时还要防止信号源本身的谐波混入。可先在频谱仪上检查源纯度,再降低输入幅度观察杂散是否按线性关系下降。若杂散位置不随Fs移动,或幅度与输入无关,应转查时钟馈通、数字串扰和电源调制。每次只改一个变量,混叠、失真和耦合才不会在同一张FFT里互相冒名。

图5:70.1MHz输入在80MSPS采样下折回9.9MHz的频谱示例。

低频杂散不一定来自低频,先用Fs把它的镜像源反推出来。下一步把目标带宽、采样率和所需动态范围写成AAF阻带验收表,再做固定幅度单音扫频。你们频谱里最顽固的低频杂散,改变采样率后会按镜像关系移动吗?


声明:

本文由凡亿教育整理,转载请注明来源!

投稿/招聘/广告/课程合作/资源置换 请加微信:13237418207

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表凡亿课堂立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容图片侵权或者其他问题,请联系本站作侵删。
相关阅读
进入分区查看更多精彩内容>
精彩评论

暂无评论