Delta-Sigma A／D轉換器原理及其PSpice仿真

圖中，正弦波是輸入信號，方波是D觸發(fā)器輸出的串行比特流，三角波是積分器的輸出波形。圖10只顯示輸入信號和D觸發(fā)器輸出。

從圖10中可以清楚地看到輸入信號對輸出脈沖寬度和頻率的調制，輸出是占空比隨模擬輸入電壓大小變化的1，0位流。

3 PSpice仿真對不同電壓幅度的輸入信號積分器參數的調整
對不同幅度的輸入信號，需要調制積分器的參數，以提高A／D轉換的精度。圖11是理想積分器及其輸入／輸出公式，其中RC是積分器的積分常數。

對應本文的電路R1、R5和C1決定積分器的時(shí)間常數，R1C1是輸入信號的積分常數，R5C1是反饋信號的積分常數。改變電阻或電容值會(huì )改變轉換精度。改變C1會(huì )同時(shí)改變輸入信號和反饋信號的時(shí)間常數，當輸入信號的幅值范圍變化時(shí)通過(guò)改變R1來(lái)提高轉換精度要好一些。通過(guò)對R1的參數掃描可以看出積分器時(shí)間常數對轉換精度的影響。

通過(guò)參數掃描分析可知，電阻增加，減小了輸入信號的強度，脈沖直接的間距減小，脈沖之中包含更少的“0”或“1”，說(shuō)明轉換精度降低。但是R1也不能太小，如果R1太小在對應輸入信號幅值較高處會(huì )丟失一些脈沖，也就是丟失了數據。時(shí)間常數的選取要根據實(shí)際需求中輸入信號波形的幅值范圍進(jìn)行反復仿真以獲取最佳參數，并用實(shí)際電路測試來(lái)確定。

4 小信號輸入的仿真例子
前面在說(shuō)明∑-△轉換器原理時(shí)輸入信號電壓幅值為5 V，實(shí)際應用中很多情況下輸入信號是毫伏量級的，下面對幅值為0．05 V(50 mV)的正弦信號進(jìn)行仿真。用參數仿真的方法確定R1=1．1kΩ。仿真結果如圖12所示。

5 結語(yǔ)
∑-△A／D轉換器具有非常高的分辨率，而且噪聲很低，因為它采用了過(guò)采樣的技術(shù)，因此對于前端的抗混疊濾波器的要求也大大降低，一般一個(gè)簡(jiǎn)單的RC低通濾波器就足夠了。這類(lèi)ADC的線(xiàn)性度也非常好，目前已成為實(shí)現高精度A／D轉換的主要方式，但是它付出的代價(jià)是采樣速率的降低。另外，由于內部濾波器對于模擬信號的突變和通道的切換需要相對長(cháng)的建立時(shí)間，而且輸出的數據與模擬輸入之間有較長(cháng)的延時(shí)，所以這類(lèi)A／D轉換器適用于那些模擬信號近似于直流或變化很慢的應用，如溫度測量、壓力測量等，近年來(lái)在音頻領(lǐng)域也有應用。