从ADS127L18 看宽带滤波器

这个新 ADC 的内容很复杂，可以专门研究：

Lxx

Lxx

原因是这个 ADC 是 TI 去年发布的，性能很强，用好需要很强的硬件功底。

分辨率：24 位

通道数：

ADS127L14 → 4 通道

ADS127L18 → 8 通道

架构：每通道独立 Σ-Δ 调制器 + 数字滤波器

平平无奇

平平无奇

采样速率与模式

宽带滤波模式：最高 512 kSPS

低延迟滤波模式：最高 1365 kSPS（延迟仅 3.9 µs）

宽带滤波器牺牲延迟换取更宽带宽和更高动态范围，而低延迟滤波器牺牲部分带宽换取极低延迟，更适合实时性场景。

可扩展速度模式（功耗与速率成比例）：

最大速度：512 kSPS，功耗 83 mW（4 通道）/165 mW（8 通道）

高速：400 kSPS，功耗 64/128 mW

中速：200 kSPS，功耗 37/74 mW

低速：50 kSPS，功耗 12/24 mWads127l18

特色的宽带滤波器

宽带滤波器是 Σ-Δ ADC 内部的 数字抽取滤波器模式之一。

它的设计目标是：尽量保留 Nyquist 内的宽频信号（通带范围更宽）；在 较高采样率下仍保持高动态范围 (SNR, THD)；通俗讲宽带滤波器让 ADC 更接近 Nyquist 极限的高频。

在 ADS127L18 数据手册里：

通带范围：可达 Nyquist 频率的 ~80%。

例如：在 512 kSPS 下，有效信号带宽接近 200 kHz。

通带平坦度：纹波极小（±0.0004 dB 典型）。

相位特性：宽带滤波器通常是 线性相位 FIR，因此不会引入群延迟畸变。

延迟：比低延迟滤波模式大（几十到上百个采样周期），但换来更陡峭的带外滚降。

宽带滤波器 = 更大信号带宽 + 高动态范围，但牺牲了延迟。

宽带滤波器 vs 低延迟滤波器的典型幅频响应特性

宽带滤波器 vs 低延迟滤波器的典型幅频响应特性

上图展示了 宽带滤波器 vs 低延迟滤波器 的典型幅频响应特性

蓝线（宽带滤波器）

通带很宽，可延伸到 Nyquist 频率的 80% 左右；在通带内几乎完全平坦（0 dB，纹波极小）；过渡带很窄，滚降较陡，适合 高带宽测量（振动、声学、频谱分析）。

红线（低延迟滤波器）

通带相对较窄（大约 Nyquist 的 40% 左右）；过渡带宽，滚降较缓；延迟极小（只有几微秒），适合 实时控制、快速响应 的应用。

黑色虚线：−3 dB 参考线，用来标定带宽。

群延迟

群延迟

把 宽带 vs 低延迟滤波器 的 时域冲激响应画出来并且把群延迟标出来了（见图）：

宽带 FIR：N=257 taps，截止约 0.4·fs（通带更宽、滚降更陡）

群延迟 ≈ 128 µs（在 fs=1 MS/s 下）

低延迟 FIR：N=49 taps，截止约 0.2·fs（通带较窄、过渡带更宽）

群延迟 ≈ 24 µs

线性相位 FIR 的群延迟 = 个采样周期；越陡的频域滚降 ⇢ 需要越长的冲激响应（更多 taps） ⇢ 延迟越大。

所以“宽带滤波器”（为了在靠近 Nyquist 处保持平坦、并有更陡过渡带）往往 延迟更长；而“低延迟滤波器”通过放宽过渡带来换取 更短的冲激响应，因此延迟小很多。

https://www.ti.com.cn/product/cn/ADS127L18