作者： Philip Karantzalis，高级应用工程师和Frances De La Rama，产品应用工程师

问题：

为何要组合使用低通滤波器(LPF)和模数转换器(ADC)驱动器？

答案：

为了减小模拟信号链的尺寸，降低其成本，并提供ADC抗混叠保护（ADC采样频率周围频段中的ADC输入信号不受数字滤波器保护，必须由模拟低通滤波器(LPF)进行衰减）。20 V p-p LPF驱动器一般用于工业、科技和医疗(ISM)设备中，该设备必须使用具有更低满量程输入的高速ADC对传统的20 V p-p信号范围进行数字化处理。

简介

通过驱动ADC实现优化的混合信号性能，这是一大设计挑战。图1所示为标准的驱动器ADC电路。在ADC采集期间，采样电容将反冲RC滤波器中指数衰减的电压和电流。混合信号ADC驱动器电路的最佳性能受到多个变量影响。驱动器的建立时间、RC滤波器的时间常数、驱动阻抗，以及ADC采样电容的反冲电流在采样时间内相互作用，导致产生采样误差。采样误差随着ADC位数、输入频率和采样频率的增大而增大。

标准ADC驱动器具有大量实验数据样本，可用于可靠的设计流程。但缺乏实验数据来引导进行驱动ADC的低通滤波器设计。本文介绍集成模拟低通滤波、信号压缩和ADC驱动器的LPF驱动器电路（参见图2）。

表1列出了图2所示电路的性能变量。下方的实验室数据和分析旨在引导说明，给出图2所示的电路的时间和频率响应限值。

表1.图2所示电路的性能变量

实验室数据和分析

信噪比(SNR)和总谐波失真(THD)是衡量系统动态性能的两个重要参数。能否实现最佳性能，取决于ADC和信号调理级的组合，在本文中，后者包括三阶低通滤波器和单端至差分转换器。图2所示的LPF驱动器电路的–3 dB带宽和建立时间会有所不同，有关SNR和THD的测量值，请参见表2至表5。本文将会探讨受测变量和这些变量对系统性能的影响。

低通滤波器–3 dB带宽

比较信号带宽为1 MHz与2 MHz和0.5 MHz时系统的性能。当–3 dB点分别为558 kHz、1 MHz、和2.3 MHz，其性能如表2所示。将截止频率降低至558 kHz，LPF噪声带宽随之降低，但SNR提高。将截止频率增大至1 MHz或2.3 MHz，LPF驱动器建立时间缩短，THD降低。

图1.标准ADC驱动器和RC滤波器。

图2.LPF驱动器和ADC电路。

表2.R = 750 Ω时三种截止频率对应的LPF驱动器性能

更改图2所示的R或C可以更改截止频率。使用C电容来设置截止频率时，LPF驱动器THD更低；R电阻值降低，有助于略微改善SNR；如表3所示。

表3.R = 412 Ω时三种截止频率对应的LPF驱动器性能

设置RQ电阻（图2）

LPF的RQ电阻可设置时间响应。RQ越高，过冲越大，建立时间越长。RQ越低，过冲越小，建立时间越短。图3显示使用150 Ω和75 Ω RQ电阻时对应的LPF瞬态响应。我们测试了使用不同的RQ时LPF驱动器的性能，测试结果如表4所示。

图3.不同的RQ值对应的过冲和建立时间。

表4.不同的RQ值对应的LPF驱动器性能

根据实际测量得出的数据，使用75 Ω和150 Ω RQ对SNR和THD性能没有明显影响，只是影响过冲和建立时间的一个因素。

ADC采样速率

表5中的数据显示，如果使用LTC2387-18，在10 MSPS时系统的THD性能低于15 MSPS时（在10 MSPS时，图2中的RC驱动器电容C3和C4的值为180 pF）。

注：在10 MSPS时，LTC2387-18和LTC2386-18的采样时间分别为61 ns和50 ns。

表5.采样速率为10 MSPS和15 MSPS时的LPF驱动器性能

RC滤波器

驱动器和ADC之间的RC滤波器用于限制带宽，确保实现宽带宽低噪声，且实现更优的信噪比。RC数值决定–3 dB截止频率。降低R有时可能导致响铃振荡和不稳定。增大R会增大采样误差。使用更低的C值，会导致更高的电荷反冲，但充电时间更快。使用更高的C值，可以降低电荷反冲，但充电时间会变慢。此外，设置RC值是确保在给定的采样时间内获取稳定样本的关键。使用数据手册的推荐值和精密ADC驱动器工具给出的建议值会是一个非常不错的起点。

精密ADC驱动器工具是一款综合工具，可以帮助预测在驱动器和ADC之间使用不同的RC值系统的性能。可以使用这款工具检查的参数包括电荷反冲、采样误差和采样时间。

使用25 Ω和180 pF RC实现更低的–3 dB截止频率时，输入信号建立时间和电荷反冲会受到影响。要实现更低的–3 dB截止频率，并确保输入信号在采集时间内正确建立，我们可能需要使用更低的采样速率。根据LTC2387-18数据手册，采样时间通常是周期时间减去39 ns。在15 MSPS使用LTC2387-18时，采样时间为27.67 ns，在10 MSPS使用此器件时，采样时间为61 ns。

图4.使用不同采样速率时的电荷反冲、RC_Tau、采样时间：(a) 15 MSPS采样速率，LTC2387-18使用建议的RC值（25 Ω和82 pF），(b) 15 MSPS采样速率，LTC2386-18使用建议的RC值（25 Ω和180 pF），(c) 10 MSPS采样速率，LTC2386-18使用建议的RC值（25 Ω和180 pF）。

借助精密ADC驱动器工具，图4a至4c汇总列出了使用不同的RC值时对应的反冲差值和RC时间常数(Tau)，以及采样速率为10 MSPS和15 MSPS时的采样时间。图4a显示LTC2387-18在15 MSPS采样速率下，使用推荐RC值（25 Ω和82 pF）时的建立响应。图4b显示在C为180 pF时，得出的RC时间常数更高，这导致在15 MSPS采样速率、27.6 ns采样时间内输入信号无法建立。图4c使用与图4b相同的RC值（25 Ω和180 pF），但在使用10 MSPS采样速率、采样时间增加至61 ns之后，信号能够建立。

LPF驱动器电阻选择

可以通过更改R或C来实现LPF驱动器的–3 dB截止频率。电阻噪声是系统总噪声的组成部分。根据噪声计算公式，从理论上来说，降低电阻值可以降低电阻噪声。为了进行验证，我们尝试了两个不同的电阻值作为LPF驱动器R，分别是750 Ω和412 Ω。从理论来说，R更低时得出的SNR应该更佳，但从实际获得的数据来看，如表2和表3所示，SNR并无很大改善，相反，这会对THD性能产生更大影响。

LPF电阻（图1中的R）越低，放大器所需的电流越大。使用更低的电阻值时，运算放大器的输出电流高于最大线性驱动电流。

放大器驱动器选择

在选择要使用的ADC驱动器时，实现器件最佳性能所对应的规格至关重要。我们使用两个ADC驱动器来收集数据，分别是ADA4899-1和LTC6228。这些ADC驱动器非常适合用于驱动LTC2387-18，后者用于进行实验室测量。在选择ADC驱动器时考虑的一些规格包括带宽、电压噪声、谐波失真和电流驱动能力。根据已完成的测试，从THD和SNR这两个方面来看，ADA4899-1和LTC6228的性能差异可以忽略。

LPF设计和应用指南

图5显示LPF电路。5个相同电阻（R1至R5）、1个用于调节LPF时间响应的电阻(RQ)、2个相同的接地电容（C1和C2），以及1个数值为接地电容1/10的反馈电容(C3)，这些器件构成了LPF无源组件（±1%电阻和±5%电容）。

图5.LPF电路。

简单的LPF设计流程（注1）

R1至R5 = R，C1和C2 = C。

要尽量降低失真，电阻R1至R5的值必须在600 Ω至750 Ω范围内。

►设置R = 750 Ω

►C = 1.5E9/f_{3 dB}（最接近标准的5%电容pF），f_{3 dB}为LPF –3 dB频率（注2）

►例如：如果f_{3 dB}为1 MHz，那么C = (1.5E9)/(1E6) = 1500 pF

►C3 = C/10

►RQ = R/5或R/10（注3和4）

注1.简单的滤波器设计只需要一个计算器，无需使用非线性s域公式。

注2.如果R = 619 Ω，那么C = 1.8E9/f_{3 dB}，f_{3 dB}为LPF –3 dB频率。

注3.RQ = R/5，用于实现最大阻带衰减，RQ = R/10，用于实现低过冲和快速建立时间。

采用RQ/5和RQ/10时，在10× f_{–3 dB}时，阻带衰减分别为–70 dB和–62 dB。

注4.如果RQ = R/10，–3 dB频率比RQ = R/5时低7%，也就是说，R1至R5等于RQ/5时R的0.93。

注5.LPF驱动器差分输出至ADC输入的PCB线路距离为1'’或更低。

注6.LPF运算放大器的V_CC和V_EE分别为6 V和–1 V，输出线性电压摆幅为0 V至4.098 V。

结论

根据表2至表5的SNR和THD数据，我们可以了解图2所示电路的性能。通过增大电容来降低LPF带宽，这会增大SNR（降低LPF噪声带宽）。LPF带宽越低，失真程度越高（因为LPF建立时间比实现最低采样误差所需的时间长）。此外，如果LPF电阻值太低，THD会随之降低，因为LPF运算放大器需要驱动反馈电阻和反相运算放大器输入电阻（运算放大器输出电流更高时，失真程度降低）。

LTC2387-18 ADC采用10 MSPS采样频率时，LPF通带必须为1 MHz或高于1 MHz，以尽可能降低THD。将LPF设置为1 MHz，是对SNR、THD和足量ADC混叠抑制的任意妥协。

设计参考：ADI的精密ADC驱动器工具

精选器件

运算放大器

模数转换器

致谢

主要顾问：

混合信号部门的高级应用工程师Guy Hoover和Clarence Mayott。

精密ADC驱动器工具设计师Anne Mahaffey

关于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2022财年收入超过120亿美元，全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户，ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn。

关于作者

Philip Karantzalis自1973年就一直从事模拟信号电路和系统的测试和设计工作。他于1986年加入ADI公司信号调理部门，为数据采集、RF调制器、解调器和混频器、ADC和高精度测试系统提供基带信号设计。Philip目前担任ADI公司精密系统部的高级应用工程师。作为纽约市RCA电子学院的一名毕业生，曾在旧金山州立大学学习高等数学。

Frances de la Rama于2007年加入ADI公司公司，担任技术员。2014年至2019年通过ADI的继续教育计划(CEP)攻读电子工程学位，他毕业于菲律宾科技大学达义分校。2019年成为菲律宾开发中心（PDC，前身为设计、布局和应用）的一员，隶属于ADI产品应用团队。在早期的工作中，他主要负责线性产品和解决方案，侧重于放大器领域；现在，他主要从事以ADBT100x为核心产品的电池化成和测试(BFT)工作。

2023年4月21日——在以“众生的地球”为主题的2023年世界地球日到来之际，“第四届微软x英特尔AI for Earth”系列活动也将拉开帷幕。此次活动以“持续正能，奔向AI”为主题，来自英特尔及微软的行业大咖将分享如何在AIGC（AI 生成内容）时代与开发者携手用AI赋能可持续发展。

英特尔公司副总裁、英特尔中国区软件生态事业部总经理李映博士表示：“AI技术的发展日新月异，每一次创新突破都会为开发者带来全新机遇与挑战。在AIGC的浪潮中，英特尔正与包括微软在内的广泛生态伙伴携手，以强大的算力为基础，秉承开放的理念、通过从硬件到软件的全栈创新技术赋能开发者，为大家提供丰富的创新机会和学习交流平台，共同推动科技向善！”

此次活动集中展示了英特尔与微软的多项持续举措，即为开发者提供支持，通过打造先进开发工具帮助开发者大幅提升AI推理性能，进一步推动AI技术的应用和发展。例如，在自然语言处理和计算机视觉等AI热门研究方向中，开发者需使用大量数据和计算资源来训练和部署深度学习模型，这对存储空间、网络连接和处理能力提出了极高要求，从而对能源和环境造成较大负担。基于这样的背景，英特尔和微软携手打造了“Azure Machine Learning（ML） + OpenVINO™ + ONNX Runtime”联合解决方案。借助 Azure ML和 Azure 上强大的 CPU 算力资源，开发者可通过 OpenVINO™ 及 ONNX Runtime 对模型进行精度感知量化或重训练，在精度不变的情况下，压缩大模型体积与参数量，从而节省项目投入并降低能耗。

在创新技术的加持下，开发者身体力行，投身到用科技创造可持续未来的事业中。据统计，每年约2300亿美元的食物被浪费，其中高达五分之一属于可使用农产品，很多新鲜农产品的浪费发生在商店货架上。由于这类食物没有预先包装且没有明确保质期，会导致店员难以及时辨别和监控食物变质情况，从而造成食物浪费。某英特尔员工作为开发者，在观察到商店新鲜农产品的浪费问题后，基于 OpenVINO™ 建立了一个计算机视觉人工智能模型，通过摄像头配合目标检测和识别算法，来确定食品新鲜度，并给不同食物打上新鲜度标签，同时设置自动报警，提醒店员更换产品或设置降价促销来减少需要丢弃的食物数量，从而减少浪费。

在支持开发者推动可持续发展的同时，英特尔也在与企业生态伙伴合作，共同推动科技向善。对于行动受限的人来说，独立自主的行动是一项巨大挑战。英特尔与巴西机器人公司Hoobox合作，基于英特尔硬件及 OpenVINO™ 开发了智慧轮椅套件。该款套件通过捕捉和处理面部表情而迅速响应，并将其转换为实时轮椅命令，最终助力行动受限人士打破行动障碍，使其日常生活更具自主性。

此外，在全球“双碳”背景下，如何降低数据中心的冷却耗能，保证有效电力供应更多应用于计算变得尤为重要，AI能效管理系统也成为了数据中心节能减排的关键要素。为减少数据中心碳排放，英特尔正与全球生态系统合作，利用人工智能技术针对数据中心机房的高密度传感器所采集到的数据进行处理，以达到实时控制的目标，将平均能耗降低30%以上。

“以可持续计算，通往可持续未来”是英特尔可持续发展的使命和一以贯之的承诺。2020年，英特尔制定并发布了2030年RISE战略及目标，旨在携手生态伙伴创造一个更负责、更包容和可持续的未来。在此之后，英特尔投资了950万美元，资助了符合RISE战略核心的6大领域中的63个项目，范围涵盖无障碍环境建设、经济复苏、教育、健康和生命科学、社会公平以及可持续性和气候，其中超过一半的项目采用英特尔差异化技术，来应对困扰个人和组织的各种挑战。

由英特尔和微软共同发起的“AI for Earth·AI爱地球”系列活动，迄今为止已延续四年。2020年，双方邀请到4位来自英特尔与微软的技术大咖，通过线上直播形式，帮助开发者了解AI赋能可持续发展的方向和案例；2021年，以“英梦集结，微AI来战”为主题的黑客松，吸引了数万名开发者的关注，其中，数千名开发者参与到比赛中，学习和交流AI技术；2022年，十几支企业团队参与到“云车竞技，码到成工”这一主题的黑客松大赛，支持开发者使用英特尔和微软的AI技术打造自己的解决方案。

地球是每一个人的地球。未来，英特尔将延续技术赋能可持续发展的理念，以“水利万物而不争”的生态之道与更多行业伙伴及开发者携手，引领人类共同的家园迈向更加可持续发展的未来！

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贸泽电子 (Mouser Electronics Inc.) 是业界领先的新品引入 (NPI) 分销商，提供超丰富的半导体和电子元器件选择，它在 2023 年地球日的前几天，启动了屡获殊荣的 Empowering Innovation Together™ (EIT) 计划的最新一季，在这一季中将聚焦绿色能源储存，持续给观众带来启发性意义。首期内容着重于储能系统的需求、潜力和未来，并关注储能系统的各种组件和电池化学。

行业专家预计，目前风能和太阳能在美国产生的所有能源中占比约为 20%，但可再生能源尚未成为稳定的能源来源，它仍需要储能系统来实现随需供电。这一季 EIT 系列将深入探讨能源获取与储存的发展趋势，以及太阳能存储到电池中的方式。此外，该系列内容还将强调工程师如何为他们在可持续储能领域的设计选择合适组件。

EIT 的热门播客节目 The Tech Between Us 首先开启了这一讨论，该节目由贸泽技术内容总监 Raymond Yin 主持。节目将分三期博客来探讨绿色能源储存，在第一期中，Yin 邀请了美国能源部能源储存研究主管 Imre Gyuk 博士，并与其进行了一次内容丰富的对话，探究了对于确保电网系统有长期可持续能源供应而言，获取和储存可再生能源在全球层面上的重要性。这次讨论恰逢其时，因为今年的地球日（4 月 22 日星期六）的主题是“投资我们的地球”，着眼于企业为推进可持续发展倡议所做的努力。

“我们非常高兴今年的 EIT 节目能够邀请到如此知名的嘉宾一起探讨这一热门话题。”贸泽电子的技术内容总监兼 The Tech Between Us 播客主持人 Raymond Yin 表示，“我们希望这些关于绿色能源储存系统的技术内容能够帮助工程师和创新者设计出代表未来的解决方案。”

该期内容首先介绍了绿色能源储存系统背后的技术，并重点讲解了锂离子电池的当前和未来替代方案以及绿色能源领域的最新技术发展。这一系列开篇详细讲述了目前能源向可再生能源的过渡，并重点介绍了太阳能的增长情况，讨论了电力传输的相关信息。一个有效的系统需要来源、储存和输电线路才能够实现。通过了解在实际设计中实施临时能源储存解决方案所面临的挑战，工程师可以获得关于可再生解决方案的宝贵见解。

本期的联合赞助商包括制造商 Analog Devices、Infineon、Littelfuse、onsemi、Panasonic、Phoenix Contact、TE Connectivity 和 Vishay。贸泽的 EIT 计划继续提供各种独家内容，对 The Tech Between Us 上的讨论进行补充。该计划提供了两篇文章、一个案例研究、信息图表和一些视频，展示了设计社区在绿色能源储存系统领域所做的工作，对可再生能源和储存系统以及其在全球范围内的潜在影响提供了重要见解。

继绿色能源系统之后，贸泽的计划将进一步探讨物质标准、数字疗法、环境传感器、Wi-Fi 7 和工业机器视觉。它将揭示那些与世界保持同步发展的技术创新趋势，重点介绍市场上的各种新产品。贸泽的 Empowering Innovation Together 计划创办于 2015 年，是业界备受赞誉认可的电子元器件计划。要了解更多信息，请访问 https://www.mouser.com/empowering-innovation/，并在 Facebook 、LinkedIn、Twitter 和 YouTube 上关注贸泽.

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关于贸泽

2023 年-- Berkshire Hathaway 公司旗下的贸泽电子是一家半导体和电子元件授权分销商，专注于从其领先的制造商合作伙伴处引进新产品。该全球分销商的网站 mouser.com 为全球电子设计工程师和买家社区提供服务，该网站有多种语言和货币版本，提供来自 1200 多个制造商品牌的 680 多万种产品。贸泽在全球提供 27 个支持点，以当地语言、货币和时区为客户提供一流服务。该分销商在德克萨斯州达拉斯市拥有 100 万平方英尺的先进分销设施，并从此处向 223 个国家/地区的 65 万多名客户发货。欲了解更多信息，请访问 https://www.mouser.com/。

近日，移远通信基于MediaTek T830平台的5G R16模组RG620T-NA、RG620T-EU分别顺利通过北美FCC、欧盟CE认证。

这两项海外权威强制认证的完成，意味着RG620T系列模组产品已经具备在全球量产发货的实力，将加速5G FWA类客户终端登陆海外市场、实现商用落地。

同时，这也表明搭载移远通信RG620T系列模组的终端设备可在上述地区运营商5G网络下，充分发挥模组产品集成的优秀网络连接性能、超可靠性、天线和Wi-Fi 7的创新优势以及更高的成本效益，为正在迅速崛起的全球5G FWA市场再添核心力量。

作为5G R16系列的代表作品，RG620T提供针对北美市场的RG620T-NA以及面向EMEA、亚太和巴西等市场的RG620T-EU两大型号。

RG620T内部搭载的MediaTek T830平台采用4nm制程，集成Arm Cortex-A55四核CPU，主频高达2.2GHz，并内置M80 5G调制解调器。上述强悍配置也意味着，选用移远通信RG620T系列模组产品，可有效利用芯片内部富余的CPU性能，在帮助终端提升处理效能的同时，大大节省成本。

在网络连接性能上，RG620T符合3GPP R16标准，且支持5G Sub-6GHz频段及5G SA/NSA双组网模式。在FDD、TDD两种模式下，RG620T支持高达300MHz下行频宽和NR 4CA（四载波聚合），可实现最高7.01Gbps的5G下载速率体验；而支持高达200MHz上行频宽和NR 2CA（双载波聚合）则让最高上行速率飙升至2.5Gbps。在此种大带宽的稳定保障下，终端用户可尽情畅享5G高速网络，同时一些需要实时无线传输的5G 典型应用场景也能轻松实现，如高清视频传输、XR、云直播等。

此外，为了进一步改善上下行频段覆盖情况，RG620T在天线和Wi-Fi设计上都进行了大胆创新。在支持EasyMesh™及更安全的WPA3 R3加密协议的同时，RG620T还可根据场景与终端的需求提供多种Wi-Fi配置组合。其中前沿技术Wi-Fi 7自带更快的传输速度、更宽的信道、更高效的QAM调制、自适应连接等特性。在天线设计中，RG620T支持8RX，可有效提升天线信号接收性能。Wi-Fi和天线技术的双重优化，使搭载RG620T的终端能够更加顺畅、稳定地提供5G高速体验。

随着全球5G网络建设与应用场景的进一步拓展，5G FWA市场由于可以很好满足“最后一公里”的网络覆盖需求，迎来爆发式增长。RG620T的面世、通过认证将有助于为客户打造更易开发、更具市场竞争力的CPE等FWA设备方案。

值得一提的是，移远通信不仅凭借自身产品的高性能顺利通过各项强制性认证，还于近日正式推出了认证测试服务，助力客户物联网设备快速通过全球各区域的认证测试。该项服务涵盖200+国家和地区的市场准入认证。于客户而言，此项服务具有的缩短认证周期、支持全球各类认证、提供“预扫描”等优势，将为其节省大量认证时间与人力成本。

关于移远通信

上海移远通信技术股份有限公司（股票代码：603236）是全球领先的物联网整体解决方案供应商，拥有涵盖蜂窝模组(5G/4G/3G/2G/LPWA)、近距离通信模组(Wi-Fi&BT)、车载前装模组、安卓智能模组、GNSS模组、天线、云平台以及智慧城市解决方案的完备产品线。公司具备丰富的行业经验，产品广泛应用于智慧交通、智慧能源、金融支付、智慧城市、无线网关、智慧农业&环境监控、智慧工业、智慧生活&医疗健康、智能安全等领域。更多信息，敬请访问移远官网https://www.quectel.com/cn/，或发送邮件�。