【E課堂】Σ-Δ型ADC拓撲結構基本原理：第二部分

　　AD717x是ADI公司最新系列的精密Σ-Δ型ADC。該ADC系列是市場(chǎng)上第一個(gè)提供真正24位無(wú)噪聲輸出的轉換器系列。AD717x器件可使對噪聲異常敏感的儀器儀表電路的動(dòng)態(tài)范圍最大化，支持降低或消除信號調理級中的前置放大器增益。這些器件還能高速運行，提供比以前更短的建立時(shí)間。由此可縮短器件對控制環(huán)路對輸入激勵信號的響應時(shí)間，或通過(guò)更快的每通道吞吐速率來(lái)提高轉換通道密度。

　　AD717x頁(yè)面(analog.com )提供了完整系列的詳細信息，包括有關(guān)AD7172-2、AD7175-2、AD7172-4、AD7173-8和AD7175-8的信息。這些精密ADC具有完全集成的模擬信號鏈，包括真軌到軌模擬輸入和基準輸入緩沖器。該系列提供多種輸入通道數，不同器件可通過(guò)引腳對應方式升級為其他轉換速度或更低噪聲/功耗的器件。AD7175-2和AD7175-8提供最快的吞吐速率和最低的噪聲。AD7177-2提供32位分辨率輸出。AD7172和AD7173提供最低功耗選項。

　　AD7175-2具有一個(gè)非常有用的軟件工具來(lái)幫助評估。Eval+是一個(gè)單一軟件，可從ADI網(wǎng)站下載，用來(lái)在有或沒(méi)有硬件的情況下配置、分析、選擇ADC。該軟件與硬件一起運行時(shí)，會(huì )像標準評估板那樣工作。無(wú)硬件時(shí)，ADC的功能模型在后臺運行，支持用戶(hù)為其終端應用建立最佳工作配置。

　　圖2.AD7175-2 Eval+軟件在功能模型評估模式下的配置選項卡。

　　表1.AD717x系列概覽，顯示了可用的通道數選項和系列成員的引腳對應情況

　　消除Σ-Δ ADC量化噪聲：噪聲和帶寬考慮因素

　　使用AD7175 ADC來(lái)說(shuō)明如何利用數字濾波消除Σ-Δ型ADC的量化噪聲。關(guān)鍵在于噪聲/輸入帶寬和建立時(shí)間的權衡分析。

　　圖4顯示了調制器原始噪聲來(lái)源與AD7175器件從DC到FMOD/2(或4 MHz)的頻率對數的關(guān)系。AD7175調制器以8 MHz (FMOD)的有效速率采樣。調制器為MASH型，對調制器噪聲提供80 dB/十倍頻程的衰減速率斜率。電路的熱噪聲決定設置了帶內噪底，其后便是調制器噪聲開(kāi)始以斜坡變化的頻率點(diǎn)之前頻帶內的噪底。從顯示低噪底的曲線(xiàn)可以看出該ADC對低帶寬信號的高動(dòng)態(tài)范圍能力。此動(dòng)態(tài)范圍以及AD7175下推降低噪底的能力可用來(lái)改善應用的靈敏度，這在采集低幅度信號時(shí)特別有用。

　　ADC的最低過(guò)采樣比、數字濾波器階數和轉折頻率都有助于確保量化噪聲不是ADC噪聲的限制因素。為了濾除噪聲，濾波器的包絡(luò )必須能夠以足夠大的滾降速率進(jìn)行衰減，從而應對幅度量化噪聲的增速。

　　AD7175的最低過(guò)采樣比為×32，在8 MHz FMOD條件下，最大輸出數據速率為250 kHz。

　　AD7175提供了多種不同類(lèi)型的濾波器，可供用戶(hù)可視需要選擇。數字濾波器的工作原理是通過(guò)比較不同情況下的sinc5 + sinc1和sinc3濾波器來(lái)說(shuō)明的。

　　在250 kHz ODR時(shí)，AD7175 sinc5 + sinc1可直接配置為sinc5路徑，其−3 dB頻率為~0.2 × ODR (50 kHz)。sinc5濾波器的衰減包絡(luò )為−100 dB/十倍頻程。這意味著(zhù)sinc5濾波器的衰減和滾降速率足以消除調制器噪聲，如圖3所示。

　　相比之下，若更改為250 kHz ODR的sinc3，衰減和滾降速率將不足以消除調制器噪聲。數據手冊中的250 kHz和125 kHz ODR時(shí)的噪聲數值說(shuō)明了這一情況。只有將數據速率設置為62.5 kHz或更低，sinc3響應才能完全濾除ADC結果中的量化噪聲。