adc原理及應(yīng)用

1、1 / 9高精度 高精度Delｔａ ｔａ-Ｓigma A／D轉(zhuǎn)換器的原理及其應(yīng)用 轉(zhuǎn)換器的原理及其應(yīng)用本次在線座談主要介紹TＩ的高精度Delｔa-Sigma A/Ｄ轉(zhuǎn)換器的原理及其應(yīng)用，Delｔａ-Ｓigma轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)是將絕大多數(shù)的噪聲從動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移到阻態(tài)，通常Ｄelｔa－Sigma轉(zhuǎn)換器被用于對(duì)成本與精度有要求的低頻場(chǎng)合。本文首先將對(duì)ＴＩ的高精度Delta—Sigma A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行綜述性介紹,而后將介紹噪聲的測(cè)量及芯片AＤS1232

2、等。 Deｌtａ-Sｉgｍa轉(zhuǎn)換器綜述 轉(zhuǎn)換器綜述Dｅltａ－Sigma轉(zhuǎn)換器是采用超采樣方法將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的1位轉(zhuǎn)換器,它由1位ADC、1位DAC與一個(gè)積分器組成，見(jiàn)圖１。Delｔａ－Ｓigma轉(zhuǎn)換器優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在低成本與高分辨率，適合用于現(xiàn)在的低電壓半導(dǎo)體工業(yè)的生產(chǎn)。Delｔa—Sigｍa轉(zhuǎn)換器組成 轉(zhuǎn)換器組成 Delｔa－Ｓiｇma轉(zhuǎn)換器由差分放大器、積分器、比較器與１位的DAC組成，輸入信號(hào)減去來(lái)自1位DAC的信號(hào)將結(jié)果作為

3、積分器的輸入,當(dāng)系統(tǒng)得到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，積分器的輸出信號(hào)是全部誤差電壓之和，同時(shí)積分器可以看作是低通濾波器，對(duì)噪聲有－6dB的抑制能力。積分器的輸出用1位ADC來(lái)轉(zhuǎn)換，而后比較器將輸出數(shù)字1和0的位流.ＤAC將比較級(jí)的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字波形，回饋給差分放大器。Deｌta—Sｉｇ ｉｇmａ轉(zhuǎn)換器原理詳述 ａ轉(zhuǎn)換器原理詳述積分器將量化噪聲伸展到整個(gè)頻帶寬度，從而使噪聲成型，而濾波器可以過(guò)濾掉絕大多數(shù)的成型噪聲.有幾個(gè)誤差源會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的效果,

4、為了滿足ADＣ的輸入范圍，很多信號(hào)要求一些放大電路和電平偏移電路，有時(shí)放大器在ＡDＣ的內(nèi)部,有時(shí)使用外部放大器。無(wú)論是哪一種情況,放大器電壓、電壓漂移、輸入偏置電流或采樣噪聲將引入誤差信號(hào).為了得到精確的ＡDC轉(zhuǎn)換結(jié)果,放大器的誤差應(yīng)該通過(guò)調(diào)整來(lái)消除或減少。積分器對(duì)輸入低頻或直流信號(hào)內(nèi)置一個(gè)低通濾波器，從而極大地降低了通道內(nèi)的噪聲.典型的半導(dǎo)體放大器的噪聲分為兩個(gè)部分，1/F噪聲和對(duì)地噪聲，Delta—Ｓiｇma ＡＤC的主要應(yīng)用是在低

5、頻場(chǎng)合，因此1/F噪聲的影響占主要地位。選擇合適的放大器可以控制1/Ｆ噪聲。由噪聲頻譜圖可知（見(jiàn)圖2),器件的噪聲在高頻主要是背景噪聲，而在低頻主要是1/F噪聲,當(dāng)越接近我們想要得到的直流信號(hào)時(shí)，1/F噪聲越大。人們通常把1/F噪聲想象成漂移，它是一個(gè)非常低頻率的現(xiàn)象,常用的解決方法是采用窄波輸入.3 / 9利用超采樣可將量化噪聲分布到更寬的頻率范圍,從而降低了背景噪聲的電平。依靠1位ADC后的數(shù)字濾波器，Ｄelta－Ｓｉgｍa轉(zhuǎn)換器限

6、制了噪聲帶寬。由于大部分噪聲不能通過(guò)數(shù)字濾波器，帶寬的有效噪聲得到降低.將量化噪聲分布在更寬的頻率范圍內(nèi)，而后用濾波器濾去大部分噪聲的技術(shù),即是Deｌta—Siｇma轉(zhuǎn)換器應(yīng)用低分辨率的AＤC的基礎(chǔ)。噪聲的測(cè)量 噪聲的測(cè)量不同的方法可用于測(cè)量系統(tǒng)的噪聲性能，同樣系統(tǒng)噪聲也可用不同的方法表達(dá)，它具有高斯分布的特征，信噪比SＮR通常用于高速ＡDC系統(tǒng)，而ENOB通常用于低頻和直流系統(tǒng)。高斯分布 高斯分布隨機(jī)噪聲一般具有高斯分布的特征，絕大多

7、數(shù)的采樣值將分布在相關(guān)的區(qū)域內(nèi),如果一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)要求一個(gè)峰峰的限制，那么99.9%的采樣應(yīng)該分布在這個(gè)區(qū)域內(nèi),如圖5所示。峰峰噪聲 峰峰噪聲 有效的噪聲告訴我們采樣值是隨機(jī)的，因而不能清楚地知道顯示的結(jié)果將是什么,如果一個(gè)顯示的位數(shù)是不能變化的,我們就叫做無(wú)噪聲碼。峰峰的噪聲是大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)測(cè)量,它不能被直接計(jì)算,它是有效噪聲的6。6倍。標(biāo)準(zhǔn)方差 標(biāo)準(zhǔn)方差標(biāo)準(zhǔn)方差的標(biāo)準(zhǔn)定義要求計(jì)算每一個(gè)測(cè)量值與全部測(cè)量值的平均值的差值的均方根（如公式1