ZHCADW9 March 2024 ADS127L11 , ADS127L21 , PGA855

2 PGA855 模拟前端滤波器

PGA855 模拟前端电路包含三个模拟滤波器。图 7-13 展示了 PGA855-ADS127Lx1 电路的滤波器。

图 2-1 PGA855 模拟滤波器

位于 PGA 输入端的第一个模拟滤波器有助于降低电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 高频外部噪声。此输入滤波器可根据应用带宽和抗混叠要求进行定制。

该电路示例使用电容器比值 C_{IN_DIFF} = 10 × C_{IN_CM} 的滤波器。为差分电容器 C_{IN_DIFF} 与共模电容器 C_{IN_CM} 使用 10:1 的电容器比值可提供良好的差分和共模噪声抑制。另外，此电容器比值也往往对滤波电容器的容差变化和失配不太敏感。如果选择的 C_{IN_DIFF} 电容器值比共模电容器大 10 倍，会使差分滤波器提供的转角频率比共模滤波器转角频率低 20 倍。因此，差分信号的衰减频率低于共模信号。仪表放大器会放大差分信号并抑制共模电压信号。提供此电容器比值有助于减轻共模电容器失配造成的影响，共模电容器失配会导致将非对称噪声衰减到微小水平。通过简单的检查，推导出方程式 1 和方程式 2，用于计算转角频率：

EMI/RFI 输入滤波器差模转角频率：

方程式 1.

f_{- 3 d B_D I F F} = \frac{1}{2 π \times (R_{I N_F I L} + R_{I N_F I L}) \times (C_{I N_D I F F} + \frac{C_{I N_C M}}{2})}

EMI/RFI 输入滤波器共模转角频率：

方程式 2.

f_{- 3 d B_C M} = \frac{1}{{2 π \times R}_{I N_F I L} \times C_{I N_C M}}

方程式 1 提供 7.58MHz 的输入差分滤波器 f‌_-3dB‌ 转角频率。在测量电阻高的电桥传感器时，传感器电阻可能会影响输入滤波器的转角频率。

第二个滤波器有助于限制 PGA855 的固有噪声贡献，并用作抗混叠低通滤波器。一般而言，反馈滤波器的带宽可以根据应用带宽要求进行调整。此滤波器的实现方式是将反馈电容 C_FB 与 PGA855 输出级 5kΩ 反馈电阻器并联构成一个一阶滤波器。

方程式 3.

f_{- 3 d B_F B} = \frac{1}{{2 π \times R}_{F B} \times C_{F B}}

PGA855 电路带宽受 C_FB 限制。在本例中，C_FB 设置为 47pF，并与输出级 5kΩ 反馈电阻器并联，以提供 677kHz 的典型 f_–3dB 转角频率。

请注意，PGA855 内部全差分放大器输出级电阻器虽然彼此之间精确地按比例匹配，以提供非常低的增益误差，但在工艺和温度变化过程中可能表现出 ±15% 的绝对电阻，并且在实施噪声滤波时，必须将此电阻变化考虑在内。考虑到内部反馈电阻器的 5kΩ ±15% 的绝对电阻变化，反馈滤波器的 f_–3dB 转角频率可能会在大约 589kHz 到大约 677kHz 的范围内变化。

ADS127Lx1 输入端的第三个差分 R-C-R 滤波器有两个用途。首先，该滤波器为整个滤波器响应提供第三个极点，从而增大滤波器滚降斜率。该滤波器用作电荷库以过滤 ADC 的采样输入。电荷库减少了放大器的瞬时电荷需求，保持了低失真和低增益误差，否则会因放大器未完全稳定而降低性能。ADC 输入滤波器值为 R_FIL = 47.4Ω、C_DIFF = 560pF 和 C_CM = 51pF。ADS127Lx1 输入预充电缓冲器可显著降低采样保持输入电荷，从而提高 ADC 输入阻抗以减小增益误差。

为了实现低失真，信号路径中的所有位置（‌C_{IN_DIFF}、C_{IN_CM}、C_FB、C_DIFF、C_CM）都使用高等级 C0G (NP0)。在表面贴装陶瓷电容器中，C0G (NP0) 陶瓷电容器中使用的电介质类型在电压、频率和温度变化时可提供非常稳定的电气特性。

考虑了全部三个模拟滤波器的 PGA855 模拟前端电路可提供 620kHz 的标称 f_–3dB 带宽。在内部 5kΩ 反馈电阻器容差的高侧，PGA855 f_–3dB 带宽变为 547kHz，电路在 85kHz 范围内保持 –0.1dB 平坦度。图 2-2 展示了 TINA-TI 仿真 PGA855 交流频率响应。

图 2-2 PGA855 频率响应仿真结果