中国新能源汽车及充电桩市场对IGBT的需求分析【附本土IGBT企业梳理】

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来自 物联网 ( IoT ) 和创客项目的 传感器 模拟信号在通过 模数转换器 ( ADC ) 进行数字化之前,需要一定程度的信号处理。然而,这一模拟信号处理级可能


来自物联网 (IoT) 和创客项目的传感器模拟信号在通过模数转换器 (ADC) 进行数字化之前,需要一定程度的信号处理。然而,这一模拟信号处理级可能存在体积庞大、成本高、精度低和温度不稳定等问题。通过使用开关电容滤波器进行抗混叠,设计人员不仅可以大大缓解这些问题,而且可以简化设计过程。

为保证在 ADC 之前对传感器信号实施正确的带宽限制,需要使用抗混叠低通滤波器。典型的无源低通滤波器需要笨重的电感器和大电容器,而有源电阻电容 (RC) 滤波器则需要较大的 RC 时间常数。两种情况下,滤波器对 RC 元件公差和温度稳定性都很敏感。

此外,由于在集成电路内难以实现具有合理精度的大电阻值,因而需要在 IC 设计中使用外部电阻器电容器,从而增加了滤波器的元件数量、成本、复杂性和体积。

为解决这些问题,设计人员应考虑采用开关电容器架构,以提高滤波器的精度和容积效率。这些设计凭借精确定时的开关元件来控制电容器之间的电荷转移,从而提供等效电阻。电容器和相关开关可采用单片形式轻松实现。

本文将详细介绍作为无源和有源滤波器替代方案的开关式电容滤波器 (SCF) 的工作原理,并提供多个解决方案示例来展示其实施方法。

何为混叠?

包括 ADC 和 DAC 在内的采样数据系统必须符合奈奎斯特准则,该准则规定,必须以输入端最高频率两倍以上的频率对器件进行采样。如果因采样频率过低而违背了奈奎斯特准则,则滤波器的频率通带会出现有害的杂散信号(图 1)。

图 1:采样速率低于输入信号带宽两倍时会造成混叠现象。采样频率下边带图像中的信号分量被外差到基带信号中,导致了无法消除的失真。(图片来源: Digi-Key Electronics)

上图显示的是以高于信号带宽两倍的频率采样取得的时域信号(左)。右侧频域视图显示,DC 到 fBW的基带信号与采样频率 (fS) 的下边带图像彼此分离。

下面两幅图显示的是发生混叠的情况。时域信号(左)的采样频率低于信号带宽的两倍,违反了奈奎斯特准则。在频谱图(右)中,采样频率向左移动,反映出较低的采样率。采样时钟图像的下边带现在与基带信号发生重叠,导致杂散信号与频谱混杂在一起。一旦发生这种情况,原始信号将不可恢复。

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