2 比例式测量中的低通滤波器设计注意事项

为了实现有效的比例式消除，激励源漂移和噪声导致的误差在 ADC 的输入端和器件的基准输入端必须得到相同的反映。在此配置中，激励噪声会得到消除，从而实现稳定的高分辨率测量。在可能需要外部滤波器来消除噪声干扰的应用中，请确保使基准低通滤波器的转角频率与输入低通滤波器的转角频率相等。

图 2-1 典型的差分和共模滤波器

此电路图 展示了差分放大器之前常用的通用电路拓扑。输入路径 RC 低通滤波器由两个匹配的串联电阻器、一个差分电容器和两个共模电容器组成。此无源滤波器具有一阶 20dB/dec 滚降特性。

此滤波器拓扑可衰减差分和共模电压信号。差分电容值通常选择为比共模电压电容值至少大 10 倍。通过简单的检查，导出方程式 1 和方程式 2，用于计算转角频率：

差模转角频率：

方程式 1.

共模转角频率：

方程式 2.

如果选择的 C_DIFF 电容器值比共模电容器大 10 倍，会使差分滤波器提供的转角频率比共模滤波器转角频率低 20 倍。差分信号的衰减频率低于共模信号。ADS1248 的内部可编程增益放大器 (PGA) 会放大差分信号并抑制共模电压信号。提供此电容器比值有助于减轻共模电容器失配造成的影响，共模电容器失配会导致将非对称噪声衰减到微小水平。

可以将类似的滤波器拓扑应用于 RTD 比例式测量电路。请确保 RTD 滤波器在输入路径的转角频率与基准路径的转角频率相匹配。

RTD 传感器电阻与 R_BIAS 电阻器会影响滤波器的时间常数。要分析图 2-2 中的电路，可以使用零值时间常数技术方法 [1] 来估算所涉及的差分和共模转角频率。

图 2-2 具有滤波器的四线比例式 RTD 测量（为简单起见，移除了 R_LEAD）

首先考虑 ADC 输入端的差分滤波器转角频率。通过用开路替换电流激励源，将信号源设置为零，如图 2-3 所示。将差分输入电容 C_{IN_DIFF} 替换为测试电压源，其余电容替换为开路。

图 2-3 用于得出差模输入滤波器转角频率的简化 RC 电路

测试电压源检测到的有效电阻为 RTD + R1 + R2。因此，此滤波器检测到的 RC 常数约为 C_{IN_DIFF} (RTD + R1 + R2)，从而得出近似的转角频率为：

方程式 3.

也可使用同样的方法确定共模滤波器的转角频率，如图 2-4 所示。

图 2-4 用于得出共模输入滤波器转角频率的简化 RC 电路

如果将 C_{IN_CM1} 替换为测试源，则 C_{IN_CM1} 检测到的电阻为 R1 + RTD + R_BIAS，生成的转角频率为：

方程式 4.

与此类似，C_{IN_CM2} 提供的转角频率如下所示：

方程式 5.

RTD 传感器的电阻随测量的温度变化，因此会改变差分滤波器的频率响应。它还会导致输入共模滤波器的转角频率不匹配，但共模滤波器对噪声消除的影响不如差分滤波器那么大。调整 R1 和 R2 电阻器的阻值，使其大于 RTD 传感器，有助于减轻这种影响。

使用相同的方法，差分基准路径电路的转角频率的计算公式为：

方程式 6.

基准路径上的共模滤波器的计算公式为：

方程式 7.

方程式 8.

虽然并不是总能够精确匹配所有滤波器的转角频率，但一个好的折衷方法是尝试使输入路径差分滤波器和基准路径差分滤波器的转角频率相等，因为这些滤波器会对性能产生显著影响。