∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作原理及簡單分析

摘要：∑-△A／D轉(zhuǎn)換器是一種高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它和傳統(tǒng)的A／D轉(zhuǎn)換器不同，具有高分辨率、高集成度、造價低和使用方便的特點，并且越來越廣泛地使用在一些高精度儀器儀表和測量設(shè)備中。文章從信號的過采樣、噪聲整形、數(shù)字抽取濾波等方面分析了∑-△A／D轉(zhuǎn)換器的工作原理，對人們?nèi)媪私?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/&sum">∑-△A／D轉(zhuǎn)換器有一定的幫助。
關(guān)鍵詞：∑-△A／D轉(zhuǎn)換器；∑-△調(diào)制器；過采樣；噪聲整形；數(shù)字抽取濾波

A／D轉(zhuǎn)換器是一種用來將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成適于數(shù)字處理的二進制數(shù)的器件，傳統(tǒng)的A／D轉(zhuǎn)換器有雙積分式、逐位比較式以及并行直接比較式等。但是在人類的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，傳統(tǒng)的A／D轉(zhuǎn)換器精度已經(jīng)無法滿足人們的需求，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度的提高已經(jīng)成了必然的要求。目前16位以上的高分辨率的A／D轉(zhuǎn)換器被人們大量的使用，但是采用傳統(tǒng)的雙積分式或者其他的A／D轉(zhuǎn)換器無法實現(xiàn)高精度的目標，為了提升采集精度，人們采用了∑-△A／D轉(zhuǎn)換器，在∑-△A／D轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換器的模擬部分對電路的占用較小，而且電路比較穩(wěn)定，所以被越來越廣泛地應(yīng)用于很多儀器中。在∑-△A／D轉(zhuǎn)換器中最核心的部分是∑-△調(diào)制器，它采用了遠高于奈奎斯特采樣頻率的采樣技術(shù)，即過采樣技術(shù)，使量化噪聲在頻帶內(nèi)重新分配，從而使量化噪聲在更寬的頻帶內(nèi)分布，這樣可以降低量化噪聲獲得更好的采集信號，同時，1位的量化器和噪聲成形技術(shù)也應(yīng)用于∑-△調(diào)制器，進一步強化了∑-△調(diào)制器的優(yōu)勢，可以更方便地和數(shù)字電路集成，實現(xiàn)真正意義上的系統(tǒng)集成。本文主要介紹采用過采樣技術(shù)的∑-△A／D轉(zhuǎn)換器。

1 ∑-△A／D轉(zhuǎn)換器的原理概述
∑-△A／D轉(zhuǎn)換器的工作原理，就是將初次轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號再做信號除噪處理。模擬量進入轉(zhuǎn)換器。要先在∑-△調(diào)制器中做一次求積，同時將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在求積以及轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的同時，信號會夾帶一定的量化噪聲，使結(jié)果產(chǎn)生失真。采用將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量以低頻率一位一位的進行輸出，同時使輸出的數(shù)字量經(jīng)過一個低通濾波器，將量化噪聲過濾掉后再降頻就可以得到比較精確的輸出結(jié)果了?？傮w來說，∑-△A／D轉(zhuǎn)換器有兩大部分，模擬部分和數(shù)字部分，模擬部分是一個∑-△調(diào)制器，主要使采用過采樣技術(shù)采樣后信號經(jīng)過調(diào)制器，使量化噪聲分布更廣，并且輸出一位一位的數(shù)據(jù)位流，數(shù)字部分是一個數(shù)字濾波器，它對模擬部分輸出的數(shù)字量進行除噪處理，濾除大部分的量化噪聲，并對調(diào)制器的輸出降頻至奈奎斯特頻率和進行進一步的量化，最終得到輸出結(jié)果。圖1為∑-△A／D轉(zhuǎn)換器的原理圖。