4 入力フィルタリング

出力フィルタは、変調されたトーンと目的の信号の間に十分な周波数間隔がある場合、効果的になります。それ以外の場合、出力フィルタはあまり効果的ではありません。

デバイスのバラツキ、入力信号の変動、温度効果などの要因のために、変調されたトーンがいかなる周波数にも現れると仮定しても良いでしょう。このため、入力フィルタを採用することで、エイリアシングのリスクを最小限に抑えることができます。図 4-1 に、INA190 データシートで推奨されているような、アンチ エイリアシング用のローパス フィルタを示します。このフィルタは、2 つの抵抗 R_Fと 1 つのコンデンサ C_F で実装されています。アプリケーションで必要な場合は、このフィルタリング方式を INA186 と INA191 に採用できます。これらのデバイスは、同じ容量結合チョッピング アーキテクチャに基づいています。

図 4-2 に、このような入力フィルタの影響を示します。この実験では、ユニット 2 の入力にのみ、R_F = 100Ω と C_F = 0.1μF のフィルタを追加しています。

フィルタのコーナー周波数は約 8kHz であり、800kHz の入力ノイズに対して十分な減衰量を実現しています。一般的に、コーナー周波数は、測定速度要件で許容される最も低いものとして選択されます。また、ナイキスト定理によると、コーナー周波数はチョッピング周波数の半分未満にする必要があります。INA190 とそのファミリの場合、規定の信号帯域幅はチョッピング周波数より大幅に低くなっています。

図 4-2 に示すように、アンチ エイリアシング フィルタを設置した場合、ユニット 2 の出力は非常にきれいになります。FFT により、高調波が効果的に除去されていることが確認できます。

デジタル電力モニタは、同じ静電容量結合チョッピング手法を使用する場合には、同様のエイリアシング効果が生じる可能性があります。同等のアナログ出力と同様に、この現象にはオフセットの上昇、またはランダム ノイズらしくないゆっくり変化するオフセットが含まれます。同じ入力フィルタリング方式をアンチ エイリアシングの目的で採用できます。たとえば、INA236 のデータシートには、入力フィルタリング専用のセクションがあります。エイリアシング効果は本質的なデバイスのノイズとは区別され、入力フィルタリングに影響されないことを追記しておきます。