Σ-Δ ADC的工作原理

2016-8-3 09:02:37 5907

0 ADC主流类型有: Σ-Δ型（Sigma-Delta）、逐次比较型（SAR）、流水线型(Pipeline)、并行比较型（Flash）。下图为这四种类型主要特点的对比。图1 ADC主流类型特点对比越来越多的应用，诸如音频、测量等，都需要高分辨率、高集成度和价格低廉的ADC。新型Σ-Δ转换技术恰好可以满足上述需求。我在本科做毕设的时候，采用了cs1232这块高精度的芯片，完美地实现了AD转换和滤波。下面介绍Σ-ΔADC的工作原理，其主要过程包括: 过采样、噪声成形、数字滤波和抽取。 1、过采样对于一个Nbit ADC，由SNR的公式：SNR=6.02N+1.76dB可知，为了改善SNR和更为精确地再现输入信号，对于传统ADC来讲，必须增加位数。将采样频率提高一个过采样系数k，即采样频率为Kfs，则由 FFT分析显示噪声基线降低，SNR值未变，但噪声能量分散到一个更宽的频率范围。Σ-Δ转换器正是利用了这一原理，具体方法是紧接着1bit ADC之后进行数字滤波。大部分噪声被数字滤波器滤掉，这样，RMS噪声就降低了，从使得Σ-Δ转换器能够从一个低分辨率ADC获得宽动态范围。图2 N位ADC以频率kfs采样单音信号的频谱分析图3 数字滤波器对噪声频谱的滤除效应 2、噪声成形通过下图所示的一阶Σ-Δ调制器的工作原理，可以理解噪声成形的工作机制。Σ-Δ调制器包含1个差分放大器、1个积分器、1个比较器以及1个由1bitDAC(1个简单的开关，可以将差分放大器的反相输入接到正或负参考电压)构成的反馈环。反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。调制器输出中“1”的密度将正比于输入信号，如果输入电压上升，比较器必须产生更多数量的“1”，反之亦然。积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤波器，而对于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化噪声就被推向更高的频段。和前面的简单过采样相比，总的噪声功率没有改变，但噪声的分布发生了变化．图4 Σ-Δ调制器框图在Σ-Δ调制器中采用更多的积分与求和环节，可以提供更高阶数的量化噪声成形。例如，一个二阶Σ-Δ调制器在每两倍的过采样率可改善SNR 15dB。下图显示了Σ-Δ调制器的阶数、过采样率和能够获得的SNR三者之问的关系。图5 SNR与过采样率的关系 3、数字滤波和抽取 Σ-Δ调制器以采样速率输出1bit数据流，频率可高达MHz量级。数字滤波和抽取的目的是从该数据流中提取出有用的信息，并将数据速率降低到可用的水平。Σ-ΔADC中的数字滤波器对1bit数据流求平均，移去带外量化噪声并改善ADC的分辨率。数字滤波器决定了信号带宽、建立时间和阻带抑制。图6 Σ-ΔADC的数字部分框图 1
2016-8-3 09:02:37　　评论淘帖0 举报相关推荐 • STM32 ADC工作原理是什么？ 2249 • ADC的工作原理是什么，它有哪些应用？ 2979 • ADC的工作原理与选型 1104 • 揭秘∑-Δ ADC的工作原理 4663 • ADC工作原理及种类 2084 • ADC的工作原理 38653 • Σ-Δ型ADC工作原理及应用 14336 • ADC工作原理及参考电压变动的影响是什么 838 • Σ-ΔADC的工作原理是什么？其应用有哪些？ 2132 • 使用Multisim分析ADC工作原理 3439