图1a。对正弦信号进行每周期一次的采样时，得到一个幅度为任意值的直流信号。电力电容的检测，电容的检测，如何检测电容的好坏，电容器的检测，电容的检测方法。

图1b. 对同一正弦波每周期采样两次，得到一个方波，幅度信息丢失。电力电容的检测，电容的检测，如何检测电容的好坏，电容器的检测，电容的检测方法。

图1c. Fsignal = 190kHz、Fs = 200kHz是欠采样信号，所得结果是混叠现象导致的。

图2. 频域中的混叠现象，欠采样信号镜像到fs/2。

下一步，设计抗混叠滤波器。设计抗混叠滤波器需要首先确定所希望的滤波特性(截止频率、过渡带衰减等)，然后选择能够满足应用需求的最佳滤波方案(有时称为滤波器类型)。一般情况下，采用过采样、而且过采样频率越高，滤波器设计越容易。但是，过采样需要更高速率的ADC，成本也越高。例如，过采样因子为8时，采样频率是最高信号频率的八倍。这在ADC成本和滤波器复杂度方面达到了一个较好的折衷。假设ADC分辨率为14位，能够提供80dB的信噪比(SNR)。采用一半的采样率(这里为信号频率的4倍)时，低通滤波器需要提供80dB的衰减，以确保所有杂散信号经过足够的衰减，不会出现在采样后的信号中。这意味着在过渡带内需要提供每倍频程40dB的衰减，需要高阶滤波器达到这一设计要求。7阶巴特沃斯滤波器能够满足上述要求，但对于具体应用并非最佳选择。可针对不同的应用选择不同的滤波器类型，图3所示为巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器的频响特性。从图中可以看出，它们具有不同的通带、过渡带特性。椭圆滤波器与巴特沃斯滤波器相比，椭圆滤波器的过渡带更陡峭，但其相频特性较差。应根据具体应用选择滤波器类型，对于普通的数据采集系统，可以选用巴特沃斯滤波器(或贝塞尔滤波器)，如果对相位精度要求不高的话，也可以选择切比雪夫、甚至椭圆滤波器。电力电容的检测，电容的检测，如何检测电容的好坏，电容器的检测，电容的检测方法。

图3. 不同滤波器频率响应的比较。

通用的A/D转换器有：用于中等速率的SAR (逐次逼近) ADC；用于高速到超高速率的闪速ADC；用于低速系统的Σ-ΔADC。它们都需要抗混叠滤波器，对滤波器的要求取决于转换速率、所希望的输入带宽，但Σ-ΔADC比较特殊。这种转换技术采用非常高的输入采样率和转换速率，而后续数字滤波降低了有效吞吐率，这会影响分辨率(动态范围)的提高。Σ-ΔADC对抗混叠滤波器的要求与输入采样率和最高信号频率之比有关，这种对需求的降低同样也表现在其它过采样数据转换器中，这种情况下可以选用简单的RC滤波器。选用较简单的抗混叠滤波器会产生较长的传输延时，这为使用闭环控制或多路转换的转换器增加了设计难度。电力电容的检测，电容的检测，如何检测电容的好坏，电容器的检测，电容的检测方法。

图4. 开关电容原理框图

图5. 利用开关电容技术构成简单的滤波器

滤波器的精度取决于各个元件的容限，分离方案中，我们只能使用容限不一致的元件。而在集成方案中，可以保证很高的元件一致性(0.1%以内)。因此，我们可以很好地控制集成滤波器的频响特性。例如，MAX7490的角频率精度可以达到0.2%，而采用分离元件则无法达到这一指标。另外，集成方案还具有出色的温度特性，温漂系数可以达到10ppm/°C。电力电容的检测，电容的检测，如何检测电容的好坏，电容器的检测，电容的检测方法。

这里还需要特别指出开关电容方案对信号的采样，它将时间连续信号转换成时间离散信号，这意味着我们还要再次考虑混叠问题。值得庆幸的是，这种滤波器的采样速率非常高，通常是100倍的过采样。所以，只需采用一个简单的阻容滤波器。系统中另外一个需要考虑的问题是：开关时钟的相位抖动所产生的失真，这与ADC中存在的问题相同。图6给出了一个正确信号被错误采样的情况，会导致一定的幅度误差。电力电容的检测，电容的检测，如何检测电容的好坏，电容器的检测，电容的检测方法。

图6. 欠采样引起的幅度失真 

时钟抖动有两种表现形式，如果相位误差是随机的，噪声基低将升高；如果抖动是周期性的，失真(THD)将增大。抖动是一个时间量，例如：ps峰峰值或RMS。为了达到一定的信号纯度，能够容许多大的抖动呢？参考文献1中指出，对于一个16位的系统，1nspp (峰峰值)的时钟抖动会使SNR从98dB降至91dB。为了将抖动的影响限制到0.5dB，抖动不能高于400pspp。利用商用化的时钟振荡器可以很容易地满足上述抖动指标的要求，如：SaRonix NTH5，抖动只有8psRMS(53pspp)。这种方案的缺陷是限制了信号频率。大多数系统中，其它器件(如ADC、µC等)也需要提供时钟。电力电容的检测，电容的检测，如何检测电容的好坏，电容器的检测，电容的检测方法。

如果这些时钟用其它振荡器产生，这些时钟将不同步，将会引起其它诸多问题。MAX7375或DS1085能够产生多个时钟，而且彼此同步，并可提供较好的抖动指标(分别为160ps和300ps)，可以达到90dB以上的信号纯度。利用这种器件提供时钟的另一个好处是：可编程不同的时钟频率。也就是说，可以获得具有软件可编程频率响应特性的模拟滤波器，从而创建一个极其灵活的系统。图7是基于上述讨论提供的一个数据采集系统方案。ADC具有14位分辨率和200ksps采样率(MAX1067系列)。该器件每次转换至少需要24个时钟。抗混叠滤波器采用了MAX7418-21系列产品，该系列滤波器提供各种滤波器类型，如贝塞尔、巴特沃斯、椭圆等。角频率设置为1/100 fClk。考虑到DSP控制转换器的采样(只需要一个定时器)，同一时钟可以用于滤波器和ADC，完全同步。利用DS1085产生时钟，能够得到两路时钟，第二路时钟可用于DSP。DS1085通过2线接口编程，当系统工作在不同的采样速率时可以重新设置频率，用同一块PCB实现不同的功能。电力电容的检测，电容的检测，如何检测电容的好坏，电容器的检测，电容的检测方法。

图7. 数据采样系统原理框图