模擬工程師必知必會(huì ):帶你全方位學(xué)習模數轉換器二

　　∑-Δ轉換器又稱(chēng)為過(guò)采樣轉換器，它采用增量編碼方式即根據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調制器和數字抽取濾波器?！?Δ調制器主要完成信號抽樣及增量編碼，它給數字抽取濾波器提供增量編碼即∑-Δ碼;數字抽取濾波器完成對∑-Δ碼的抽取濾波，把增量編碼轉換成高分辨率的線(xiàn)性脈沖編碼調制的數字信號。因此抽取濾波器實(shí)際上相當于一個(gè)碼型變換器。

　　優(yōu)點(diǎn)：分辨率較高，高達24位;轉換速率高，高于積分型和壓頻變換型ADC;價(jià)格低;內部利用高倍頻過(guò)采樣技術(shù)，實(shí)現了數字濾波，降低了對傳感器信號進(jìn)行濾波的要求。

　　缺點(diǎn)：高速∑-△型ADC的價(jià)格較高;在轉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)結構ADC，又稱(chēng)為子區式ADC，它是一種高效和強大的模數轉換器。它能夠提供高速、高分辨率的模數轉換，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)合理的設計，還可以提供優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性。

　　流水線(xiàn)型ADC由若干級級聯(lián)電路組成，每一級包括一個(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間放大器?？焖倬_的n位轉換器分成兩段以上的子區(流水線(xiàn))來(lái)完成。首級電路的采樣/保持器對輸入信號取樣后先由一個(gè)m位分辨率粗A/D轉換器對輸入進(jìn)行量化，接著(zhù)用一個(gè)至少n位精度的乘積型數模轉換器(MDAC)產(chǎn)生一個(gè)對應于量化結果的模/擬電平并送至求和電路，求和電路從輸入信號中扣除此模擬電平。并將差值精確放大某一固定增益后關(guān)交下一級電路處理。經(jīng)過(guò)各級這樣的處理后，最后由一個(gè)較高精度的K位細A/D轉換器對殘余信號進(jìn)行轉換。將上述各級粗、細A/D的輸出組合起來(lái)即構成高精度的n位輸出。

　　優(yōu)點(diǎn)：有良好的線(xiàn)性和低失調;可以同時(shí)對多個(gè)采樣進(jìn)行處理，有較高的信號處理速度，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)：基準電路和偏置結構過(guò)于復雜;輸入信號需要經(jīng)過(guò)特殊處理，以便穿過(guò)數級電路造成流水延遲;對鎖存定時(shí)的要求嚴格;對電路工藝要求很高，電路板上設計得不合理會(huì )影響增益的線(xiàn)性、失調及其它參數。

　　目前，這種新型的ADC結構主要應用于對THD和SFDR及其它頻域特性要求較高的通訊系統，對噪聲、帶寬和瞬態(tài)相應速度等時(shí)域特性要求較高的CCD成像系統，對時(shí)域和頻域參數都要求較高的數據采集系統。

　　確定A/D轉換器件在確定設計方案后，首先需要明確A/D轉換的需要的指標要求，包括數據精度、采樣速率、信號范圍等等。

　　1.確定A/D轉換器的位數在選擇A/D器件之前，需要明確設計所要達到的精度。精度是反映轉換器的實(shí)際輸出接近理想輸出的精確程度的物理量。在轉化過(guò)程中，由于存在量化誤差和系統誤差，精度會(huì )有所損失。其中量化誤差對于精度的影響是可計算的，它主要決定于A(yíng)/D轉換器件的位數。A/D轉換器件的位數可以用分辨率來(lái)表示。一般把8位以下的A/D轉換器稱(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器件的位數越高，分辨率越高，量化誤差越小，能達到的精度越高。理論上可以通過(guò)增加A/D器件的位數，無(wú)止境提高系統的精度。但事實(shí)并非如此，由于A(yíng)/D前端的電路也會(huì )有誤差，它也同樣制約著(zhù)系統的精度。

　　比如，用A/D采集傳感器提供的信號，傳感器的精度會(huì )制約A/D采樣的精度，經(jīng)A/D采集后信號的精度不可能超過(guò)傳感器輸出信號的精度。設計時(shí)應當綜合考慮系統需要的精度以及前端信號的精度。

　　2.選擇A/D轉換器的轉換速率在不同的應用場(chǎng)合，對轉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。確定了應用場(chǎng)合，就可以根據采集信號對象的特性，利用采樣定理計算采樣速率。如果采用數字濾波技術(shù)，還必須進(jìn)行過(guò)采樣，提高采樣速率。