ADC分類(lèi)及其前端配置技術(shù)介紹

ADC作為數據采集系統中的轉換器，它的應用包括了音頻、工業(yè)流程控制、電源管理、便攜式／電池供電儀表、PDA、測試儀器分析及測試儀表、醫學(xué)儀表等領(lǐng)域。正因為它的用途如此廣泛，所以作系統設計人員首先迂到是如何選擇ADC，而選擇ADC又必須了解它的分類(lèi)與特征，在這基礎上更要了解ADC前端設計技術(shù)，這樣才能實(shí)現工控或檢測系統的高可靠與高精度。本文將此作介紹分析。

1、基于架構的ADC分類(lèi)

ADC按某架構分類(lèi)有四大類(lèi)，即Delta-Sigma( △∑ )ADC、逐次逼近型(SAR)ADC、大帶寬△∑ADC及智能型ADC。在此僅對三類(lèi)作分析。

1.1Delta-Sigma( △∑ )ADC

基本架構

△∑ADC由一個(gè)△∑調制器以及后序的數字抽樣濾波器組成。 調制器由一個(gè)帶DAC的反饋回路紐成，回路中包括了一個(gè)比較器及一個(gè)積分器?；芈吠ㄟ^(guò)時(shí)鐘同步?；窘M成架構見(jiàn)圖1所示。

圖1

*特征

△∑轉換器擁有非常高的分辨率，可理想的用于轉換極寬頻率范圍(從直流到好幾個(gè)MHz)的信號。在△∑ADC中，輸入信號先通過(guò)一個(gè)調制器實(shí)現過(guò)采樣，而后由數字濾波器所產(chǎn)生的、采樣率較低的高分辨率數據流完成濾波及抽取。

△∑的架構模式允許犧牲分辨率來(lái)?yè)Q取速度，或同時(shí)折衷換取速度及功耗。正是數據率、分辨率、功耗三者之間密切且不間斷的聯(lián)系，使得△∑轉換器格外的靈活。在很多△∑轉換器中，分辨率是可編程設定的，從而使單個(gè)器件能滿(mǎn)足多個(gè)不同度量的需求。

△∑轉換器對輸入過(guò)采樣，因而能在數字域完成大多數的反鋸齒濾波?，F代的超大型集成電路設計技術(shù)已經(jīng)使得復雜數字濾波器的成本遠低于同等的模擬濾波器。原來(lái)不同尋常的某些功能，諸如對50Hz及60Hz的帶阻濾波，現在已經(jīng)內置到很多的△∑ADC之中。

△∑轉換器的運作有別于逐次逼近型(SAR)轉換器。SAR轉換器獲得輸入電壓的一個(gè)“映像”，通過(guò)對“映像”的分析決定響應的數字代碼。而△∑測量的是一段確定時(shí)間的輸入信號，其輸出響應的數字代碼是根據信號的時(shí)間平均得來(lái)的。對于△∑的工作方式有清晰的認識是很重要的，特別是對于設計中包含多路復用技術(shù)及同步的情況。

對多個(gè)△∑轉換器的同步并不困難，因此很容易實(shí)現多個(gè)轉換器的同時(shí)刻采樣，而比較困難的則是實(shí)現△∑轉換器與外部事件的同步?！?sum;轉換器還對系統時(shí)鐘抖動(dòng)(CIock iftter)有極高的抵抗能力。其過(guò)采樣功能有效的平均了抖動(dòng)，降低了其噪聲影響。

*應用

△∑的典型高精度應用包括了音頻、工業(yè)流程控制、分析及測試儀表、醫學(xué)儀表。

近期A(yíng)DC架構領(lǐng)域的革新帶來(lái)了新一代的ADC架構，此架構同時(shí)采用了流水線(xiàn)及過(guò)采樣率準則。因此，超高速轉換器將數據率推向了MSP5(百萬(wàn)抽樣率每秒)的級別，同時(shí)保持了16位甚至更高的精度。這樣的速度支持了眾多最新的大帶寬信號處理應用，例如通信及醫學(xué)成像。

1.2大帶寬△∑ADC特征

大帶寬△∑ADC具有非常高的分辨率，可轉換覆蓋極寬頻率范圍的信號--從直流至若干MHz。采用此類(lèi)ADC的系統將得益于其高速、高精度性能以及大帶寬(直流至5MHz)。此類(lèi)ADC采用了多級的調制器架構，從而提供了優(yōu)異的內在穩定性，并通過(guò)降低過(guò)采樣率(OSR)提高了信號量化噪聲比(SQNR)。此外，該高速的△∑轉換器具有非常強的系統時(shí)鐘抖動(dòng)耐受性。過(guò)采樣的操作弱化了抖動(dòng)，降低了噪聲的影響。速度及精度的結合可支持大帶寬信號處理的應用。以用于生物醫學(xué)、臺架(bench)測試和測量以及通信應用中先進(jìn)的科學(xué)儀表。

1.3逐次逼近型(SAR)ADC

*基本架構

在SARADC內部。數位是由單個(gè)高速、高準確度比較器一位一位確定的，從MSB／最高有效㈣到LSB／最低有效62)。比較的坌過(guò)程是通過(guò)模擬輸入信號與DAC的輸出比較．而后根據比較結果。在DAC輸出端先前確定的數位的基礎上不斷的調整，使DAC輸出信號逐步逼近模擬信號．并最終完成轉換?；窘M成架構見(jiàn)圖2所示。

圖2