Sigma-Delta-ADC工作原理.docx

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1、Sigma-DeIta-ADC工作原理-CA1.-FENGHA1.-(YiCA1.)-CompanyOne1.-IX工作U楂来域多的应用,伊他1过程捽刖、杉甲等.都需翟舟分辨率、洵Iii成度和钱价格的AIX：、新型转换技术恰好可以满足这些要求,燃而，很多设计者对于这种转投技术并不十分了解,因而史况点选用传统的逐次比较ADC,E-杆换潺中的模拟部分I1.常徜豹（炎烈于一个IbitADC）,而救字部分要乂杂得.按照功能可划分为数字注波和抽取华无.由于更接近于个数字抬件,Z-ZXADC的则造成本柞常低廉.一、I-ADC1.f1.iB三要理胡E-AADC的工作1.FH.首先应对以卜概念有所了能I过冬样

2、，啖出成形、数字戏波和抽取.1.过采样件先.考彦个传统AnC的短域传领性.输入一个正弦信号，然后以嫉奉f采样一按照NyqUiM定.采样顿率至少两倍于输入信号从FFr分析结果可以fi到.一个华仔和忝列顿车分布于DCJJfs/2间的班机味声.这就足所谓的减化噪声,主要是由于布取的ADC分辨率而造成的.华音信号的幅度和所有顺耶啜声的RMS幅度之和的比值就是倒弓啖声比（SNR）.对于一个NbitADC.SNR可由公式:JiNR=602N+1.76dBiy到.为了改善SNR和更为精嫡地再现输入解号，对于传统ADC来讲,必须增加位数加枭将采样疑率提高个过采样东数k.胤采样频率为K3再来讨论IHJ样的强燃.

3、FFr分析显示噪声基线降低八SNR值未变,但啖声傥此分欣到一个更宽的知率范向.樵器正是利用J这一Ki理.共体方法是烫接希IbitADC之后进行Bt液.大部分魄声被数字浊液;S沌掉这样，RMS吵.户就PF饪T.从而一个衽分辨车ADCE-转换擀也可交得宽动态疝Hk那么,简旭的过采样和注液是（HI何改善SNR的呢？个IbiIADC的SNR为7.78dB602+1.76）.每4倍过采样将使SNR增加6dB.SNR将增4116dB等效F分辨率增加Ibi1.这样.枭用Ib1.1.ADC进行64倍过枭样就能荻得力”分辨率；而要荻RghiI分辨率就必东送行4倍过票样.这是不切实际的，上转换器来川噪声成形技术消

4、除了送种WMb4倍过采祥泰致“Jfi,if1.i于6dB的信魄比“2.嚎声成形通过图1所示的论，调M器的工作旗理.町以理赭咪声成形的工作机制.(IbitDAC)图I*!到器，湖制捐包含I个基分放大静.I个枳分抬、1个比较揖以及I个由Ibi1.DACU个简单的开关，可以将不分放人战的反相输入接到正成他与电JQ构成的反恸坏.反愫DAC的作用是区积分器的邛均软由电仄接近于比蛟缪的分考电平.调制器出出中”广的密度将正比于输入怕号.如Jft坳入电底上升.比较备必须产生更多数聚的反之亦然.积分潺用米对决空电压来和，对于Ift入点号表现为一个低通迪波?S，而时于M化娱小姆表现为育通沧波,这样，大部分M化啖步

5、就被推向史i的领段.和背面的检单过采样相比.电的*功率没有激变.俏味声的分布发生了变化.现在,如果对味方成型后的*制程输出进行数字沙波，将书可能移走比输华过来择中更多的噪声.这种词Ma8（阶）在珞四倍的过采样本下可提供WB的SNR也善.在:调制器中梁用更多的枳分与求和环V.可以提供史高阶数的奴化唤声成形.例S.,个二的.N剂;S在短两倍的过梁样本可收料SNR1.5dB.图2是示了24调剂器的陈数、过来转率和便修&1）的SNR三者之M的关娱.SUSNR与过枭样率的关注3.数字渔波和抽取E-（制沿以乘样速*输出Ibit效Itt泡,软率可高达MHZ1.A线.数字池波和抽取的H的是从该数据谛中提取出有

6、用的侑息,并将数据迩率降低到可阳的水平.1ADC中的数字港波器对IbH数据流求平均.移去格外果化联同并改洋ADC的分洛率.数字滤波器决定了信号带宽.建立时间和网带抑制，Z-aH海卷中广泛采用的沙波/拓扑是SINC一种具彳J低速特性的滋波SS.这种沙波器的一个主娈优点是R有洛波特性,可以将船波点设在和电力线相同的领赛,抑制其干扰.陷波点比接相关于输出牧据速率（M赛时间的例散）.SINC泄波器的建立时间！倍J将换时讦.例W,船波点设在50HZ时H，抬郴速率）.在正时同为3FOHz=5O11w有茎应用要求更快的建立时何，而对分辨率的要求较低，对F这些成用,新型ADC诸如MAXI400系列允许用户选杯

7、泄波潺类型SINe或SINCSINU池彼岩的建立时间R有个数据周期,对于前面的举侪则为I/60HAI6.7ms.由于带宽收编出数字浅波器降低.输出数据速率降低旗始果杆速率,但仍满足NmUia定律.这可通过保用某与采样而J俘R余必样来实现.这个过程就是所谓的按M因尸抽取M因f为抽取比例J以是任何整数次，在选界抽取因广时城谖使出数据速率环于两倍的信号帝宽.这样.11米以fs的嫉本对输入信号采样注液后的输出牧据速率可修低至fs/M,而不会片失任何伯恩.二、maxim的IMH1.-Aadc新型岛女成收E-Z1.ADC正在相刎越来越广泛的应用,这种ADC只需极少外接元件就可直接处理微谒信1J.MAXI4

8、02便是这种秋代ADC的一个范例,人丑攻片可处理劝修已IMM成了芯片内部.可视为一个片上系统，如图3所示，该；S件在4Mkp%1作速率卜可提供度,4MXK时M度达2bit,工作模式HX涧耗250UA的电流,押电模忒仅消耗2uA,信号通道包含一个灵活的输入彩路火用蹲，可被i271.为3路全茏分信号或5路伪若分信号，2个新波收大.I个可设界PGA（If1.凯从I128）、1个用干消除系统Wi够的粗调DAC和1个：阶调制器.调刖制产生的Ibi1.故如流被送往个比成的数字谑液器进行M处理（配置为SINe或S1.NC，转换结果可遹过SP1.n1QSPim兼容的欢：行接口读取.另外，以芯片还包含有2个全差

9、分输入通道,用于系统校准（失调和埴战）;2个现配的200UA电流派,用干传监器激岫（例如可用干3畿/4线RTDh2个“泵出S电流，用于依测选定传形器的完瞥性.通过中行接口访问等件内前的8个片内寄存器.可对JS件的工作模式进彳翔程输入通道可以在外部命令的控制下进行来择或W连段梁样，现过SCAN控制位i5t定，转获结果中附加仃3bir通道区M”位,用来说定输入通道，OUT1.O(JT2CA1.OFF.ACAgIN.*AINIAA1N2*A1.MAIM-1.AJMAAIN641CA1.OFF-CA1.GAtN-十UFH收字AGNDMAX1.MMAX1.402XC1.KJNorIXWV*TAGNDRE

10、F1.NREHN-TSC1.KTDiNf!XXFT樱口与控制匕照7EX11T1.ISIY11*G图3MAXHQI朦理里图两个附加的校准通道CA1.OFF和CA1.GAIN可用宏校准制M东统,此时可将CA1.OFF较入连接到地,将CA1.GAIN输入连接到套号电儿.而上述通道的测V果求取T:均后可用来对测5结果进行校准.三、EAaoc的应用1热电偶篇量及冷端补偿如图4所示，花本。用中,MAX1.402工作在本冲方式.以便允许在的编采用比较大的去格电海（用来满除热电偶引线拾取的噪声为适应输入移冲器的共模转IR,采用叁号电压*jAIN2输入加以偏？t在使用热电偶消温时.要：茯得精确的测V地米,必须进

11、行冷端补性.图4热电偶制衣及冷端补偿热电弱输出电压可表示为V=a(1.-trcf)其中，是与热电的材料仃矢的Seebeck常数.U用*测温或.gf处接线盒处的温庚.为对tref造成的识空进行补偿，可以在热电偶验出铝采用二极管补镌；也可以测出接?戈盒处的出度，然后用收件进行补襟。在本例中,差分输入通道A1.N3、AIN4披川来测42代法的盘废(用内部200认电泡源加以伸料),23线和4线RTD测It帕也用丛慢传感？S(RTn)被许多濡妥测才混废的应用所优选.因为它们具名优异的M次和互换性，个在OC时具有100a电阻的RTD.到+266IC时电阻会达到20Od灵敏度IF常低，Rt=100Q2663

12、2UA的激曲电能在Ot时可产生20mV输出.*”6-C时输出40mV.MAX1.402可直接处理这种低电平的馆U.根据不同应用，弓I限电见对于测量精度会产生不同程境的影啊.一般来济，如果RTR存近转换器，采用地讪单的两线结构即Uh而当RTD比较远时，引规电讯公交加入RTDJU抗.并给测Ift姑JR引入RU误S.这种崎；兄通常采用3线或4线RTD配置.如图5所示.图53线和4线RTD测UIMAX1402内钝四个同配的200UA电淹源可用来朴性3畿或4线RTD就园中引线电JH造成的设差.在3及配置中.两个匹配的200M电施源分别流过R1.1.和R1.2达杵.A1.N1.和AIN2端的里分电质将不受

13、引线电阻的影响.这种补偿方法成立的M提及两条弓I战材质相同,并具有相同的长度，还要求两个电流源的温tkMKMAX1.4025IOW）.4妙配置中弓1般电阻将不会引入任何谩差，因为在连接到A1.NI和AIN2的费引线中基本上没有电流端过.在此而置中电流81OUT1.被用来激的RTD传呼粉.电洗泡O1.T2故用米产生冷学电压.在这种比例里配畀中，RTD的M漂谀总UI1.RTD激电液的M深，;IhJ）被举号电压的擦格补偿.3皆能4-2OmA变送器名武的4-2OmA变送器乘用一个现场安装的嫉盛元件想利购伤理信息,例如压力或海境等，然后产生一个正比于待测物足Ift的电流，电流的变化也惊准化为4-2OmA

14、,电说环具有很多优点I测M信号而广啖声不敏寒：可以方使地进行远端供电,第二代4-2OmA攵送SS在远端进行些信号处理.西常聚川渔控制28和数据找鹿;S如图6所示.ftf电平“口机图6W健420mA变送JB这种变送;Sfr先将信号数字化，然后采用做控制器内置的算法进行处理，对增费和考点进行标准化.时传:建器进行奴性化，奴A；再将侑号灯换到模拟域，作为一个标准电泡通过环路怙送，制.代420mA变送器被称为“灵巧Htf使”.实际上是在讲建功德的基础上增加了数字劝信（和传统的42OmA信号共用问-OtttS1.利用通令俏道可以传送一拄制和诊断倡号.MAXI402这样的Ift功机3件对于此送应用事常适合

15、，250u的功耗可以为变送器中的其余电路节省出可观的功率,物位变送器所呆用的通信标准是Han出议，这是种粒FBdI202电信惊准的通信协议,工作于狭序键控方式FSK）,数字信号由两种频率纲成：120OHZ和2200Hz.分别对应于数码I和0.两种领军的正弦波要加在直流模拉伪9上,通过同一条电缆PI时传送.因为FSK仅号的平均值总是W.因此4-2OmA模拟信号不会受到出响.在不干扰模拟信号的前提下，数字Iff1.够信号共有每秒更斯23个数据的响应速度.通信所露的燃小环路R1.抗足236小皓在i电成度调理系统出现之前.过程控制通常采用多个独立的芯片实现信号Wi理和处理,E-技术降限了这部分电珞的成本，空间霸求和功率需求（作实上多效应用只痛要3V+5V浊电源）.这种特性尤其幽合丁电池供电的便携系统.元件数状的降低同时还改善系统的可旅性.