Filtern Ihre Filter?

Antwort: Es ist wichtig zu verstehen, dass die interne Bandbreite der Eingangsstufe eines A/D-Wandlers, manchmal auch als „Full-Power“ Bandbreite bezeichnet, sehr groß sein kann, selbst wenn der Wandler „langsam“ ist. Der Wandler benötigt Bandbreite auf der internen Eingangsstufe, um rechtzeitig vor dem nächsten Sample einzuschwingen und die Information zu erhalten, die ein Schaltungsentwickler erfassen und digitalisieren möchte.

Ein Anti-Aliasing Filter (AAF) befindet sich normalerweise vor dem A/D-Wandler und kann alles von einem RC-Netzwerk mit einer Polstelle bis hin zu einer komplexen Topologie mit mehreren Polstellen sein. In allen Fällen ist der Grundgedanke gleich: Unerwünschtes Rauschen und Störungen sollen entfernt werden, die in das Nutz-Frequenzband gelangen können. Entwickler sollten ein AAF mit Bedacht entwickeln und einsetzen. Es ist wichtig, beim Filterentwurf nicht nur das interessierende Frequenzband (Durchlassband) zu kennen, sondern auch die Unterdrückung im Stop-Band.

Das Stop-Band sollte unerwünschte Frequenzen weit über die Bandbreite der internen Eingangsstufe des Wandlers hinaus unterdrücken. Betragen zum Beispiel die ADC-Abtastrate 100 MSample/s und die Eingangsbandbreite 1 GHz, müssen Frequenzen bis 1 GHz, nicht aber nur bis zur Nyquistfrequenz (50 MHz) unterdrückt werden. Andernfalls, wenn der Frequenzverlauf im Stop-Band zu steigen beginnt, würde dies im Filter ein zweites Durchlassband erzeugen. Falls dieses zweite Durchlassband – im angenommenen Stop-Band – innerhalb der Bandbreite der internen analogen Eingangsstufe des Wandlers liegt, könnte diese unerwünschtes Rauschen und Störungen in das eigentliche Nutz-Frequenzband einbringen.

Ein Blick ins Datenblatt zeigt die Eingangsbandbreite

In das Datenblatt des Wandlers sollte man auch einen Blick werfen, um die Eingangsbandbreite zu erfahren. Einige Filter, darunter elliptische, Chebyshev und mehrstufige Topologien, sind anfälliger gegenüber einer unzureichenden Unterdrückung im Stop-Band als andere. Dies sollte man vor der Wahl eines bestimmten Filters verstehen. Ein paar zusätzliche Bauteile an der letzten Stufe des AAF zur Realisierung eines einfachen Tiefpassfilters können Abhilfe schaffen. Der Nachteil dabei ist jedoch, dass mehr Bauteile erforderlich sind und im Nutz-Frequenzband eine zusätzliche Dämpfung entsteht.

Eine Möglichkeit zum Schutz vor einem solchen Problem ist, den Frequenzverlauf des Filters zu messen. Die Messung des Frequenzverlaufs zeigt die Amplitude des Filterverlaufs und die Dämpfung. Eine Messung des Filter-Frequenzverlaufs weit über das Nutz-Frequenzband und die Bandbreite der internen Eingangsstufe des Wandlers hinaus, gibt Aufschluss über das Verhalten des Filter-Stop-Frequenzbands.

Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices.

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