∑-△模數轉換器工作原理及簡(jiǎn)單分析

摘要：∑-△A／D轉換器是一種高精度的模數轉換器，它和傳統的A／D轉換器不同，具有高分辨率、高集成度、造價(jià)低和使用方便的特點(diǎn)，并且越來(lái)越廣泛地使用在一些高精度儀器儀表和測量設備中。文章從信號的過(guò)采樣、噪聲整形、數字抽取濾波等方面分析了∑-△A／D轉換器的工作原理，對人們全面了解∑-△A／D轉換器有一定的幫助。
關(guān)鍵詞：∑-△A／D轉換器；∑-△調制器；過(guò)采樣；噪聲整形；數字抽取濾波

A／D轉換器是一種用來(lái)將連續的模擬信號轉換成適于數字處理的二進(jìn)制數的器件，傳統的A／D轉換器有雙積分式、逐位比較式以及并行直接比較式等。但是在人類(lèi)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，傳統的A／D轉換器精度已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們的需求，數據轉換精度的提高已經(jīng)成了必然的要求。目前16位以上的高分辨率的A／D轉換器被人們大量的使用，但是采用傳統的雙積分式或者其他的A／D轉換器無(wú)法實(shí)現高精度的目標，為了提升采集精度，人們采用了∑-△A／D轉換器，在∑-△A／D轉換器中，轉換器的模擬部分對電路的占用較小，而且電路比較穩定，所以被越來(lái)越廣泛地應用于很多儀器中。在∑-△A／D轉換器中最核心的部分是∑-△調制器，它采用了遠高于奈奎斯特采樣頻率的采樣技術(shù)，即過(guò)采樣技術(shù)，使量化噪聲在頻帶內重新分配，從而使量化噪聲在更寬的頻帶內分布，這樣可以降低量化噪聲獲得更好的采集信號，同時(shí)，1位的量化器和噪聲成形技術(shù)也應用于∑-△調制器，進(jìn)一步強化了∑-△調制器的優(yōu)勢，可以更方便地和數字電路集成，實(shí)現真正意義上的系統集成。本文主要介紹采用過(guò)采樣技術(shù)的∑-△A／D轉換器。

1 ∑-△A／D轉換器的原理概述
∑-△A／D轉換器的工作原理，就是將初次轉換后的數字信號再做信號除噪處理。模擬量進(jìn)入轉換器。要先在∑-△調制器中做一次求積，同時(shí)將輸入的模擬量轉換為數字信號，在求積以及轉換成數字信號的同時(shí)，信號會(huì )夾帶一定的量化噪聲，使結果產(chǎn)生失真。采用將轉換后的數字量以低頻率一位一位的進(jìn)行輸出，同時(shí)使輸出的數字量經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將量化噪聲過(guò)濾掉后再降頻就可以得到比較精確的輸出結果了?？傮w來(lái)說(shuō)，∑-△A／D轉換器有兩大部分，模擬部分和數字部分，模擬部分是一個(gè)∑-△調制器，主要使采用過(guò)采樣技術(shù)采樣后信號經(jīng)過(guò)調制器，使量化噪聲分布更廣，并且輸出一位一位的數據位流，數字部分是一個(gè)數字濾波器，它對模擬部分輸出的數字量進(jìn)行除噪處理，濾除大部分的量化噪聲，并對調制器的輸出降頻至奈奎斯特頻率和進(jìn)行進(jìn)一步的量化，最終得到輸出結果。圖1為∑-△A／D轉換器的原理圖。