1 前言

　　在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是不言而喻的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。众所周知，数据采集需要符合奈奎斯特(nyquist)定理的要求。但是仅仅满足奈奎斯特定理是不够的。滤波器的特性不可能是理想的，通常采用一定的过采样倍数来弥补抗混叠滤波器滚降特性的不足。但是,由于器件的发展和对数据采集系统在精度和速度等方面要求的不断提高，传统的抗混叠滤波器则存在缺陷，有可能导致数据采集系统的性能恶化。例如，现在的adc(analog digital converter，模拟/数字转换器)内部集成有采样/保持电路，而采样/保持电路通常是由电容构成，或adc本身采用开关电容的原理。使得抗混叠滤波器的负载不再是以往adc的纯阻性负载。而是容性负载，由此而导致对滤波性能提出了新的要求。

　　彭永胜等人的高品质滤波器的设计一文中，是通过计算分析巴特沃斯滤波器、贝塞尔滤波器等的相移和衰减度来优化抗混叠滤波器的设计[1]；刘洪涛等人的高品质滤波器一文，主要介绍的是在采样系统中如何用分离元件和集成电路器件来设计抗混叠滤波器的方法[2]：王刚等人的两种抗混叠滤波电路的运用一文，主要阐述了数据采集系统中对信号进行抗混叠滤波的必要性，介绍了两种低成本、使用简单的抗混叠滤波器的设计方法[3]。除此之外还有一些关于抗混叠滤波的文章[4-11]，大都局限于讨论抗混叠滤波器本身的性能与设计，没有综合考虑到前端运算放大器的驱动能力及后端电路中因为存在电容性元件而造成的电容电荷重新分配等问题。

　　为了适应新型器件的发展和保证数据采集的精度，本文综合考虑了抗混叠滤波器前端的运算放大器的驱动能力、后端采样/保持电路的电容电荷的重新分配问题,指出目前在adc的抗混叠滤波和驱动设计方面存在的问题,提出应该从整体考虑，而不是单纯设计抗混叠滤波器。

2 与电路设计相关的各个环节

　　合理的抗混叠滤波器设计要考虑到adc的驱动电路、采样/保持电路等，通过各个环节合理搭配来实现。这几个环节之间是相互制约的，元件的选择和参数的设置都会对前后级电路产生一定的影响，所以每个环节都要考虑到。大多情况下由于一个小小的元件不合理都会造成大的设计误差,甚至严重影响数据采集的精度。

2.1 adc

　　在数据采集过程中,通过采用adc电路,把模拟量转换为数字量。在选择adc时应主要考虑下列因素[12]。

2.1.1 系统的采样速度

　　系统的采样速度反映系统的实时性能。系统的采样速度取决于模拟信号的带宽、数据通道数和最高频率信号每个周期的采样数。奈奎斯特采样定理是实现无信息损失而重现原信号的必要条件，要求原始数据的采样以及数据重建都是理想状态。实际上，现实的信号和系统都不可能具有这样的理想情况。

2.1.2 孔径误差

　　将模拟量转换成数字量要有一个过程,速度再快的adc完成转换也总是需要一定的时间。这个时间称为孔径时间。一个动态信号在孔径时间内会发生变化，从而引起输出的不确定误差，这个误差称为孔径误差。为了减少孔径误差和充分发挥adc的性能，一般在adc前面都必须加上采样/保持电路。现在多数的adc都集成有采样/保持电路。 2.1.3 系统的通过率

　　系统的通过率决定了系统的动态特性。系统的通过率是由模拟多路选择器、输入放大器的稳定时间、采样/保持电路的采集时间以及adc的稳定和转换时间等决定的。

2.1.4 adc转换精度

　　adc转换精度取决于电路各部分的精度,主要是模拟多路选择器的误差、输人放大器的误差、采样/保持电路的误差和adc的误差等。一般说来,上述误差的总和应该小于或等于adc的量化误差,否则高分辨率adc就失去了意义。

2.2 采样/保持电路

　　如前所述，转换速度再快的adc。也有一定的孔径时间。假定adc的转换时间为t。在tn时刻启动adc，经过t时间后adc完成转换，信号ux也由un为un+1变化量为△u。如果△u过大，轻则使转换结果的产生显著的误差，重则使转换结果严重失真。一般说来，应该在adc的转换时间内保证小于adc的lsb/2(least significant bit，最低有效位)的电压值。

　　为了充分发挥adc的性能，在adc的输入端增加采样/保持电路。采样/保持电路的作用是对输入信号进行瞬时采样,然后保持在一段时间内不变，使得在adc转换时间内输入信号的变化不再影响adc的转换，从而提高了adc处理信号的频率。采样/保持电路作为adc中采集模拟信号电压值的模拟电路，其性能的优劣对整个adc的精度影响很大[13]。

2.3 低通滤波环节

　　低通滤波环节用于滤除信号中的高频分量。信号采集过程中不可避免地会有高频干扰信号混杂在有用信号当中。为了使这些信号的频率满足奈奎斯特采样定理所规定的范围，除去采集的一些不确定信号对有用信号造成的干扰，并最大程度地抑制或消除混叠现象对数据采集的影响，就需要先利用这个低通滤波器对无用信号