模擬工程師必知必會(huì):帶你全方位學(xué)習(xí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器二

　　∑-Δ轉(zhuǎn)換器又稱(chēng)為過(guò)采樣轉(zhuǎn)換器，它采用增量編碼方式即根據(jù)前一量值與后一量值的差值的大小來(lái)進(jìn)行量化編碼?！?Δ型ADC包括模擬∑-Δ調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器。∑-Δ調(diào)制器主要完成信號(hào)抽樣及增量編碼，它給數(shù)字抽取濾波器提供增量編碼即∑-Δ碼;數(shù)字抽取濾波器完成對(duì)∑-Δ碼的抽取濾波，把增量編碼轉(zhuǎn)換成高分辨率的線(xiàn)性脈沖編碼調(diào)制的數(shù)字信號(hào)。因此抽取濾波器實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)碼型變換器。

　　優(yōu)點(diǎn)：分辨率較高，高達(dá)24位;轉(zhuǎn)換速率高，高于積分型和壓頻變換型ADC;價(jià)格低;內(nèi)部利用高倍頻過(guò)采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字濾波，降低了對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波的要求。

　　缺點(diǎn)：高速∑-△型ADC的價(jià)格較高;在轉(zhuǎn)換速率相同的條件下，比積分型和逐次逼近型ADC的功耗高。

　　6.流水線(xiàn)型ADC

　　流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)ADC，又稱(chēng)為子區(qū)式ADC，它是一種高效和強(qiáng)大的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它能夠提供高速、高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且具有令人滿(mǎn)意的低功率消耗和很小的芯片尺寸;經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)，還可以提供優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性。

　　流水線(xiàn)型ADC由若干級(jí)級(jí)聯(lián)電路組成，每一級(jí)包括一個(gè)采樣/保持放大器、一個(gè)低分辨率的ADC和DAC以及一個(gè)求和電路，其中求和電路還包括可提供增益的級(jí)間放大器。快速精確的n位轉(zhuǎn)換器分成兩段以上的子區(qū)(流水線(xiàn))來(lái)完成。首級(jí)電路的采樣/保持器對(duì)輸入信號(hào)取樣后先由一個(gè)m位分辨率粗A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入進(jìn)行量化，接著用一個(gè)至少n位精度的乘積型數(shù)模轉(zhuǎn)換器(MDAC)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于量化結(jié)果的模/擬電平并送至求和電路，求和電路從輸入信號(hào)中扣除此模擬電平。并將差值精確放大某一固定增益后關(guān)交下一級(jí)電路處理。經(jīng)過(guò)各級(jí)這樣的處理后，最后由一個(gè)較高精度的K位細(xì)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)殘余信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。將上述各級(jí)粗、細(xì)A/D的輸出組合起來(lái)即構(gòu)成高精度的n位輸出。

　　優(yōu)點(diǎn)：有良好的線(xiàn)性和低失調(diào);可以同時(shí)對(duì)多個(gè)采樣進(jìn)行處理，有較高的信號(hào)處理速度，典型的為T(mén)conv100ns;低功率;高精度;高分辨率;可以簡(jiǎn)化電路。

　　缺點(diǎn)：基準(zhǔn)電路和偏置結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜;輸入信號(hào)需要經(jīng)過(guò)特殊處理，以便穿過(guò)數(shù)級(jí)電路造成流水延遲;對(duì)鎖存定時(shí)的要求嚴(yán)格;對(duì)電路工藝要求很高，電路板上設(shè)計(jì)得不合理會(huì)影響增益的線(xiàn)性、失調(diào)及其它參數(shù)。

　　目前，這種新型的ADC結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于對(duì)THD和SFDR及其它頻域特性要求較高的通訊系統(tǒng)，對(duì)噪聲、帶寬和瞬態(tài)相應(yīng)速度等時(shí)域特性要求較高的CCD成像系統(tǒng)，對(duì)時(shí)域和頻域參數(shù)都要求較高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

　　確定A/D轉(zhuǎn)換器件在確定設(shè)計(jì)方案后，首先需要明確A/D轉(zhuǎn)換的需要的指標(biāo)要求，包括數(shù)據(jù)精度、采樣速率、信號(hào)范圍等等。

　　1.確定A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)在選擇A/D器件之前，需要明確設(shè)計(jì)所要達(dá)到的精度。精度是反映轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出接近理想輸出的精確程度的物理量。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，由于存在量化誤差和系統(tǒng)誤差，精度會(huì)有所損失。其中量化誤差對(duì)于精度的影響是可計(jì)算的，它主要決定于A/D轉(zhuǎn)換器件的位數(shù)。A/D轉(zhuǎn)換器件的位數(shù)可以用分辨率來(lái)表示。一般把8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器稱(chēng)為低分辨率ADC，9~12位稱(chēng)為中分辨率ADC，13位以上為高分辨率。A/D器件的位數(shù)越高，分辨率越高，量化誤差越小，能達(dá)到的精度越高。理論上可以通過(guò)增加A/D器件的位數(shù)，無(wú)止境提高系統(tǒng)的精度。但事實(shí)并非如此，由于A/D前端的電路也會(huì)有誤差，它也同樣制約著系統(tǒng)的精度。

　　比如，用A/D采集傳感器提供的信號(hào)，傳感器的精度會(huì)制約A/D采樣的精度，經(jīng)A/D采集后信號(hào)的精度不可能超過(guò)傳感器輸出信號(hào)的精度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮系統(tǒng)需要的精度以及前端信號(hào)的精度。

　　2.選擇A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)轉(zhuǎn)換速率的要求是不同的，在相同的場(chǎng)合，精度要求不同，采樣速率也會(huì)不同。采樣速率主要由采樣定理決定。確定了應(yīng)用場(chǎng)合，就可以根據(jù)采集信號(hào)對(duì)象的特性，利用采樣定理計(jì)算采樣速率。如果采用數(shù)字濾波技術(shù)，還必須進(jìn)行過(guò)采樣，提高采樣速率。