¿Filtro de escalera sin resistencia de terminación?

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Quiero conducir un ADC con un OpAmp (LT1819). El amplificador operacional está en una configuración no inversora que maneja el ADC de manera pseudo-diferencial.

El filtro entre opamp y ADC debería ser ("las especificaciones"):

  • pasivo
  • -3dB a 100 MHz, 3er orden Butterworth o Bessel (o más inclinado)
  • no cargar demasiado el Opamp (RL > 1k)
  • mantenga los valores de los componentes razonables para 0402 (pF, nH)
  • no introduce ruido excesivo (por ejemplo, debido a la alta resistencia de la fuente de la serie)

El clásico filtro de escalera de 3er orden (tal como se encuentra en la literatura y creado por tablas de filtros o programas como Elsie ( enlace ) ) se ve como:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Este es un filtro de escalera clásico descrito en la literatura, pero contiene la resistencia de terminación.

Lo primero triste es que este filtro atenúa mi señal en 6dB (por lo que tengo que aumentar en un aumento de ganancia de un factor de 2).

Segundo, la señal se distorsiona (recorta) . Parece que el LT1819 no puede conducir cargas resistivas tan pequeñas .

Ahora estoy pensando en las siguientes opciones:

  1. Podría aumentar los valores de resistencia. Pero para obtener la linealidad a un nivel aceptable, la resistencia de carga debe ser > > 1k, quizás 10k. Eso significa que la resistencia de la fuente también debe ser tan alta y luego el ruido me mata. Además, los valores de L y C se vuelven irracionales.

  2. Si solo tomo un RC ordinario, solo obtengo una reducción de primer orden simple.

  3. La hoja de datos del ADA4937 (Fig. 67) sugiere una solución:

Sin embargo, utilizando los valores indicados (R = 33, C1 = 20p, L = 56n, C2 = 60p), el ancho de banda que obtengo es 85.77 MHz (¡no 125 MHz!). Cuando normalizo los coeficientes, son [2.07 , 2.07 , 0.0326 ] pero para un Butterworth de 3er orden deberían ser [ 2 2 1] . Además, no sé cómo se relaciona este filtro con el filtro de escalera descrito anteriormente (con terminación resistiva).

    
pregunta divB

4 respuestas

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Creo que mi pregunta se entendió mal porque ninguna respuesta intentó discutir la pregunta real (incluso dada en el título) sobre la resistencia a la carga (excepto la de Vicente, pero faltó una discusión sobre la practicidad)

Después de un tiempo, me encargué de él y tengo que responder mi propia pregunta:

El circuito desde el ADA4937 parece ser el camino a seguir. Expandido, el denominador polinomal es:

D(s) = 1 + s R(C1+C2) + s^2 L C2 + s^3 R L C1 C2

Este polinomal se puede convertir en Bessel, Butterworth, etc. Para Butterworth, el formato requerido es:

D(s) = 1 + 2(s/w0) + 2(s/w0)^2 + (s/w0)^3 .

Después de la comparación de los coeficientes, se pueden encontrar los componentes dados cualquier w0 y R : 

C1 = 1/(2 R w0)
C2 = 3 C1
L = 8 R^2 C1^2 / C2

Para 100 MHz y R = 20, esto resulta en C1 = 39.79p, C2 = 119.37p, L = 42.4413n.

R se puede usar para simplificar la correspondencia de entrada. Pero esto es solo una preocupación por frecuencias muy altas y / o grandes trazas / circuitos. Suponiendo que < 100 MHz y trazas cortas, este valor puede ser arbitrario. Cuanto menor sea la R, mejor será el rendimiento de ruido. Sin embargo, valores muy bajos pueden resultar en valores poco realistas (particularmente para L). Por esa razón elijo R = 20.

No pude encontrar ninguna desventaja de este diseño.

También encontré este enlace, que es la única calculadora que encontré que permite especificar la resistencia de fuente y carga de forma independiente : enlace . Esta calculadora obtiene los mismos resultados que arriba cuando hace que RL sea muy alto (por ejemplo, 1 Mhm).

La única desventaja es que la RF transferencia de potencia ya no es óptima: esto se puede ver mirando S21 en el resultado de la calculadora. Para Rs = 20 y RL = 1Mohm, S21 = 10 * log10 (1MOhm / 20Ohm / 2) = -44dB. Esto tiene sentido porque todo el propósito es no cargar el circuito y, por lo tanto, fluirá poca corriente, lo que dará como resultado un bajo RL I ^ 2.

Sin embargo, esto solo es relevante para aplicaciones de RF cuando el objetivo es la transferencia de potencia máxima. Para frecuencias más bajas, los circuitos analógicos donde el voltaje es la cantidad de interés, esto no importa.

    
respondido por el divB
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¿Ya probaste algo como esto? No he pensado mucho en los valores de los componentes, la respuesta de frecuencia podría mejorarse, pero me parece que cumple con sus requisitos.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
respondido por el Vicente Cunha
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(Imágenesde enlace )

Si no especificaste que los filtros tienen que ser pasivos, entonces podrías usar algo así y agregar algunas etapas de filtro pasivo en la salida para afilar el corte.

    
respondido por el aPrOgRaMmEr
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Cuando se calcula un punto de interrupción del filtro Pi diferencial, se convierte a una topología de extremo único y se ponen 2 C en serie con el mismo valor neto equivalente. por lo tanto

Cómo definir el Filtro Nyquist para un ADC para evitar el ruido de aliasing que necesita para definir la señal BandPass, BP y el ruido BandStop, BS con un mínimo de atención.

Especificaciones hipotéticas

Ondulación de BP & pérdida = 0 dB
BP f-3dB = 100 MHz
BS atten. @ 250 MHz = -70dB mín, asumiendo una tasa de muestreo de 2.5x
BS atten @ 300MHz?

Filtro de escalera rápido y sucio

PodríaconsiderarLT1886700MHz100mAconunagananciade4concompensaciónsimple.Otravariación

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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