在ADC之前向运放添加一个抗混叠滤波器

我正在设计一种电路，该电路旨在从多个通道捕获音频样本以进行声源定位。

在进入13位ADC之前，每个通道具有以下2级运算放大器电路：

我希望能够定位高达10KHz的声源，但是带宽越大越好（我认为电容麦克风可以处理高达16KHz的声音，而不是100％不确定）

我采样得越快，可以获得的空间分辨率就越好。我能够压缩大约75KHz的采样率。

问题 我需要担心ADC之前的抗混叠滤波器吗？据我了解，仅当您在Nyquist极限以下工作时才会发生混叠，因此理论上75KHz / 2的最大频率分量将是我的极限，这比我需要的要高得多。

如果我不需要任何抗混叠滤波器，是否应该采取其他措施消除输出上的不必要噪声？当我查看示波器时，似乎还可以，但这仅建立了1个通道，当我在同一块板上添加所有5个通道时，我会担心它们会互相干扰。

在对信号进行数字化之前，最好使用抗混叠滤波器。尽管您的目标信号不包含高于奈奎斯特速率的频率分量，但可能还有其他噪声源。

首先，您需要确定要覆盖的带宽。如果您的ADC以75kHz采样，则不应有高于37.5kHz的频率。接下来，我们计算所需的衰减和抗混叠滤波器的阶数。为此，请考虑下图：

该图显示了两种情况，一种情况具有采样率fs，另一种情况具有K * fs。由于输入信号的采样（数字混频），所有高于fs / 2的频率分量都将被“折回”。高于fs-fa的频率分量将被混叠到感兴趣的信号（红色）中。
在图（A）中，我们假设您要对带宽（fa）接近奈奎斯特速率（fs / 2）的信号进行采样。为了保证一定的动态范围（DR），我们需要一个陡峭的滚降，例如一个高阶滤波器，它可以衰减频率高于fs-fa的任何噪声。在图（B）中，我们使用更高的采样率（K * fs）放宽了滤波器的所需顺序并简化了电路设计。

如您所述，您的ADC的分辨率为13dB。您的理想SNR（信噪比）或在这种情况下的DR为：

因此，在理想情况下，您希望在fs-fa处至少衰减80dB 。基本的一阶低通滤波器的衰减为20dB / dec。如果将信号带宽限制为20kHz，则理想采样频率应为200MHz。

为了以75kHz的采样率满足此限制，您将需要一个8阶低通滤波器。这当然很多，但所有这些计算都假设噪声的幅度与您感兴趣的信号相等。实际上，二阶或三阶滤波器很可能就足够了。

有关更多信息，请参见： W. Kester，数据转换手册：模拟设备。阿姆斯特丹ua：爱思唯尔·纽尼斯，2005年。

我需要担心ADC前的抗混叠滤波器吗

除非您的ADC带有内置的抗混叠滤波器，否则，即使您只对低于nyqist限制的频率感兴趣，也应该注意这一点。

原因是，高于奈奎斯特极限的频率会折回（镜像）到您感兴趣的频率范围内。例如，如果您以20khz采样，并且电容式麦克风以15khz拾取音频，则在采样数据中您会发现5khz的强信号。

由于您已经在使用运算放大器，因此可以轻松地在现有电路中添加一些廉价的低通滤波器。为此，只需将一个电容器与R6和R7并联。它们将对高频产生低阻抗，降低整体增益，同时保持低频不受影响。这将有助于衰减高频分量并降低混叠。

如果您想获得更好的性能，请检查Sallen键低通滤波器。可以围绕一个运算放大器构建一个三阶滤波器。

一般而言，关于电路：如果仅使用5V单电源为TL64运算放大器供电，那将无法正常工作。您超出了数据表中的几个参数。最值得注意的是，您只有最低电源电压的一半。TL64运算放大器的最低保证输出电压范围是距电源轨4V，因此，即使有10V的电源，您的信号也将被限制在一个2V的小频带内。

我建议您为LM358（TSH80 / TSH84是现代升级产品）的单电源供电选择一个运算放大器，或者使用轨到轨运算放大器。