CTSD精密ADC—第3部分：实现固有混叠抑制( 四 ) 在CTSD精密ADC系列文章的第3部分

NTF类似于高通滤波器， STF类似于低通滤波器，在目标频段内具有平坦的0 dB幅度，在高频率下的衰减与AAF TF相当。从数学角度来看，信号通过具有高增益的低通滤波器配置H(f) ，然后由NTF环路处理。现在，在理解了NTF框图之后，可以进一步深化了解带有采样器的环路。
第2步：NTF的框图
当输入VIN设置为0 V时，调制器环路框图可以如图8a所示重新排列，用于表示NTF 。环路中包含采样器时， NTF响应与线性模型类似，但在fs的倍数位置都会显示复制图像，如图8b所示。
第3步：重新布局调制器环路，以直观显示前置滤波操作
如果将环路滤波器H(f)和调制器环路的采样器移动到输入端，且反馈如图9所示，那么输入到输出的传递函数不会发生改变。重新布局后的框图右侧表示NTF 。
与第1步中的线性模型类似，在采样等效系统中，输入信号经过高增益H(f) ，然后通过NTF环路进行采样和处理。信号通过环路滤波器之后的横向部分，会在进行采样之前，构成低通滤波器配置。这种配置导致产生CTSD调制器的固有混叠抑制。因此， CTSD调制器环路的STF如图9所示。
第4步：使用一个数字滤波器完成STF
为了减少多余的高频信息， CTSD调制器与片内数字抽取滤波器配合使用，组合混叠抑制TF如图10所示。fs附近的混叠利用CTSD的固有混叠抑制特性进行衰减，中间干扰源则由数字滤波器衰减。
图4比较了SAR ADC、DTSD ADC和CTSD ADC在采样频率和输入信号带宽下实现–80 dB混叠抑制时所需的AAF阶数。使用SAR ADC时， AFF的阶数最高，所以复杂性也最高， CTSD ADC则不需要使用外部AAF ，因为其设计本身具有混叠抑制性能。
利用CTSD架构实现信号链的优势
在声纳波束成型和振动分析等某些多通道应用中，通道间的相位信息非常重要。例如，通道间的相位需要精确匹配，在20 kHz时达到0.05°的精度。
对于传统的ADC信号链， AAF设计中采用无源RC和运算放大器。滤波器会导致带内出现一定的幅度和相位下降，下降比例为转角频率的函数。为了实现良好的通道间相位匹配，所有通道需要具有相同的下降幅度，这表明需要对每个通道的滤波器转角频率进行精细控制和匹配。设计用于在16 MHz（采样频率）以及160 kHz f3dB（输入带宽）下实现–80 dB抑制的二阶巴特沃兹滤波器，在20 kHz时可能存在±0.15°的相位失配，且误差公差可能低至RC绝对值的1% 。可用的较小误差容限RC无源器件有限，且会增加物料成本(BOM) 。
由于CTSD ADC信号链中无需使用AAF ，因此在目标频段内自然可以实现通道间幅度和相位匹配。相位失配受到模拟调制器环路设计的片内失配限制，在20 kHz时可低至±0.02° 。

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图10.带有后端数字滤波器的CTSD调制器环路
测量和量化固有混叠抑制
AD4134是一款基于CTSD ADC架构的精密ADC ，其数据手册中介绍了用于测量混叠抑制的新功能检查。对ADC的模拟输入信号频率进行扫描，并通过测量测试频率信号音相对于所用信号音的折叠幅度（如果有）来计算每个带外输入信号的影响。
图11显示性能带宽为160 kHz、采样频率为24 MHz时， AD4134对带外频率的混叠抑制性能。对于23.84 MHz (fs – 160 kHz)频率，混叠抑制为–85 dB ，这是ADC的混叠抑制技术规格。从图中还可以看出，对于其他中间频率，混叠抑制高于–100 dB 。有关固有混叠抑制的更多详情，以及可进一步提高这种抑制性能的选项，请参见AD4134数据手册。