zview阻抗拟合教程 [基于阻抗拟合法设计ADS6444前端抗混叠滤波器]

　　摘要：本文介绍了4通道，14位模数转换器ADS6444的模拟输入特性，提出了一种借助拟合输入阻抗设计仿真ADS6444前端的抗混叠滤波器的方法。并通过对比此法和常用抗混叠滤波器设计方法的设计效果证明了此法具有一定的优越性。
　　关键词：ADS 抗混叠滤波器 ADS6444 阻抗拟合
　　中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0047-02
　　
　　A/D变换器（ADC，Analog-to-Digital Converter）作为模拟和数字的纽带已经成为现代电子设备中不可或缺的一部分。这使得A/D变换器在测控、无线通信、雷达、软件无线电的诸多领域都有着广泛的应用。
　　在应用需求的推动下，ADC的采样速率，功耗，噪声的方面的性能都在不断提高。与此同时，系统对ADC前端电路也提出了更高的要求。其中，抗混叠滤波器更是影响ADC性能的关键。本文详细讨论了多通道，高速ADC―ADS6444应用于零中频接收机时其前端抗混叠滤波器的设计与仿真方法。
　　1、器件特性
　　ADS6444是TI公司推出的4通道，14位模数转换器，具有高转换率，低功耗，小封装等特点。它是一款CMOS开关电容型流水线模数转换器，输入端没有输入缓冲器，外部差分输入信号直接与内部开关电容的跟踪/保持电路相连接。这种结构可以提高采样速率，降低功耗，但却使得器件的输入阻抗随时间和信号频率不同而变化。
　　ADS6444在跟踪模式下的差分阻抗幅值与输入信号频率之间的曲线由图2左侧的曲线可知,在跟踪模式下,差分输入阻抗一般为复数,包括实部的电阻特性和虚部的电容特性。因此，要充分提高ADS6444的性能就必须设计出相应的抗混叠滤波器，使其在工作频率范围内阻抗最大程度的匹配。
　　2、滤波器的设计
　　根据系统性能的需求，抗混叠滤波器应满足下面的指标要求：
　　3dB截止频率：30MHz；
　　0―20MHz平坦度：±0.5dB；
　　等起伏带宽：20MHz；
　　带外抑制@61.44MHz：≥45dBc。
　　3、滤波器原型的选择及器件值估算
　　理想的低通滤波器应该能使所有低于截止频率的信号无损通过，而所有高于截止频率的信号则被无限的衰减。然而，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是尽力逼近这种特性而已。根据所选的逼近函数的不同，可以得到不同的响应。虽然逼近函数多种多样，但是考虑到实际电路的使用需求，我们通常会选用巴特沃斯或切比雪夫型滤波器。
　　巴特沃斯型低通滤波器具有平坦的响应特性，而切比雪夫型低通滤波器却具有更陡的衰减特性。参考《LC滤波器的设计与制作》，10介的巴特沃斯型和5介的切比雪夫型能够全部要满足系统的指标要求。综合性能与成本等因素，本设计选择5介π型，带内纹波0.6dB的切比雪夫型低通滤波器。
　　频率和阻抗反归一化公式：
　　为差分滤波器电容值，为单端滤波器电容值；
　　为差分滤波器电感值，为单端滤波器电感值。
　　这样就可以求得负载阻抗为100Ω时的差分滤波器，如图1。
　　4、负载曲线拟合
　　我们知道在设计滤波器时，其应用时的负载阻抗对滤波器的能否实现其预期的性能影响非常大。通常我们的负载是固定阻抗，这里我们只需要参考经典的滤波器设计步骤即可有效的实现设计目标。然而对于目前越来越流行的高速ADC，其输入阻抗呈容性，亦即阻抗随频率变化而变化。这就要求我们在滤波器设计的开始就将负载特性考虑进来。参考ADS6444的使用手册本，本文直接给出ADS6444的输入阻抗的拟合方程，如（式1），这里不再赘述其推到过程。
　　该阻抗曲线随频率的变化基本与ADS6444用户手册给出的输入阻抗曲线一致，如图2。
　　5、仿真与优化及结果对比
　　在ADS仿真环境中建立工程，绘制仿真原理图，并将估算的器件值设置到相应的元件。需要特别强调的是，在原理图中不再采用通常的做使用固定负载，而是将上文提及的表达式（1）作为负载阻抗，使其随频率变化而变化，更接近实际情况。插入相应仿真和优化控件，并根据需要设置仿真和优化参数。
　　经过反复优化调整后获得了一组满足系统指标要求的一组电容电感值，同时为了能够对比结果，本文也采用固定负载进行了仿真和优化，图3和图4给了出可变负载的优化和实测结果已经固定负载的优化和实测结果。其中，仿真结果通过ADS获得，实测结果通过Matlab分析Signal tap 抓取的ADS6444输出的数据获得。
　　6、结果分析
　　对比拟合负载和固定负载的仿真和实测结果，不难有以下结论：(1)采用拟合负载仿真与实测结果在带内平坦度及带外抑制的一致性明显好于采用固定负载的情况。(2)不论采用拟合负载还是采用固定负载仿真的插入损耗都明显低于实测的插入损耗，这主要是因为仿真时使用的是理想器件。
　　7、结语
　　目前，高速ADC正越来越多的被使用，由于其容性的输入特性使其前端的抗混叠滤波器设计也成了一个难点，本文提出了一种借助拟合ADC输入阻抗曲线的方法提高了抗混叠滤波器仿真和实测的一致性。
　　借助ADS仿真软件设计滤波器在工程实践中有着广泛的应用，这也极大的减少了研发的成本缩短了研发周期。然而，因为实际参数不能准确有效的设置到仿真环境中而造成误导的情况也时有发生。本文固定负载与拟合负载的仿真和实测结果的对比就充分说明了这个问题。
　　参考文献
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　　[5]森荣二.LC滤波器设计与制作.
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