Δ-Σ ADC 输出的 1 位流不能直接当「24 位数据」用,需要数字滤波器把它还原成低速率高精度的采样值。ADS131M02 用的是线性相位 sinc(FIR)滤波器,本节讲清楚它如何决定数据速率和噪声。
🧮 过采样率 OSR
OSR = fMOD / fDATA。fMOD 是调制器频率,fDATA 是最终输出数据率。例如 fMOD=4.096MHz,想要 fDATA=4kSPS,则 OSR=1024。
图 8-3. 数字滤波器实现
OSR 越大, averaging 越多,噪声越低;OSR 越小,输出越快,噪声越大。
📈 Sinc 滤波器频率响应
sinc 滤波器在通带内平坦,在 fDATA 整数倍处有大陷波。这个特性非常适合抑制 50Hz/60Hz 工频及其谐波。下图展示了 OSR=1024 时的幅频响应:
图 8-6/8-7. 数字滤波器响应(OSR=1024)
实用提示
把 fDATA 设为 50Hz 的整数倍(如 4kSPS = 50×80),可以让 sinc 滤波器的陷波正好落在工频谐波上,抑制电网噪声。
🚀 快速建立模式(Fast-Settling)
普通 sinc3 滤波器稳定时间较长。ADS131M02 提供快速建立模式,适合刚上电或切换配置后快速获得有效数据。两种模式的响应曲线略有不同,上图也包含了这个对比。
🚫 DC Block 滤波器
有些应用(如电流检测)只关心交流成分,不在乎直流偏移。DC Block 滤波器可以滤除直流分量,避免缓慢漂移影响判断。
图 8-8. DC Block 滤波器拓扑
📋 数据速率配置速查
CLOCK 寄存器的 OSR[2:0] 选择 OSR,TBM 位可开启额外 OSR=64 的超高速模式。HR 模式 8.192MHz 时钟下常见配置:
- OSR=16384 → 250 SPS,噪声最低;
- OSR=1024 → 4 kSPS,电能计量常用;
- OSR=256 → 16 kSPS,谐波分析常用;
- OSR=64(TBM)→ 64 kSPS,最高速度。
OSR 越大,噪声越小还是越大?
OSR 越大,对调制器输出的平均时间越长,输出带宽越窄,噪声越小。
sinc 滤波器的陷波特性有什么应用价值?
可以把陷波点对准 50Hz/60Hz 工频谐波,有效抑制电网干扰。
什么时候启用 DC Block 滤波器?
当只关心交流成分、不希望直流偏移或慢漂移影响结果时,例如电流检测或某些交流信号测量。