【E課堂】Σ-Δ型ADC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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系列是市場上第一個提供真正24位無噪聲輸出的轉(zhuǎn)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態(tài)范圍最大化,支持降低或消除信號調(diào)理級中的前置放大器增益。這些器件還能高速運(yùn)行,提供比以前更短的建立時間。由此可縮短器件對控制環(huán)路對輸入激勵信號的響應(yīng)時間,或通過更快的每通道吞吐速率來提高轉(zhuǎn)換通道密度。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201609/310317.htmAD717x頁面(analog.com )提供了完整系列的詳細(xì)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(zhǔn)輸入緩沖器。該系列提供多種輸入通道數(shù),不同器件可通過引腳對應(yīng)方式升級為其他轉(zhuǎn)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具有一個非常有用的軟件工具來幫助評估。Eval+是一個單一軟件,可從ADI網(wǎng)站下載,用來在有或沒有硬件的情況下配置、分析、選擇ADC。該軟件與硬件一起運(yùn)行時,會像標(biāo)準(zhǔn)評估板那樣工作。無硬件時,ADC的功能模型在后臺運(yùn)行,支持用戶為其終端應(yīng)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(shù)選項和系列成員的引腳對應(yīng)情況
消除Σ-Δ ADC量化噪聲:噪聲和帶寬考慮因素
使用AD7175 ADC來說明如何利用數(shù)字濾波消除Σ-Δ型ADC的量化噪聲。關(guān)鍵在于噪聲/輸入帶寬和建立時間的權(quán)衡分析。
圖4顯示了調(diào)制器原始噪聲來源與AD7175器件從DC到FMOD/2(或4 MHz)的頻率對數(shù)的關(guān)系。AD7175調(diào)制器以8 MHz (FMOD)的有效速率采樣。調(diào)制器為MASH型,對調(diào)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(shè)置了帶內(nèi)噪底,其后便是調(diào)制器噪聲開始以斜坡變化的頻率點(diǎn)之前頻帶內(nèi)的噪底。從顯示低噪底的曲線可以看出該ADC對低帶寬信號的高動態(tài)范圍能力。此動態(tài)范圍以及AD7175下推降低噪底的能力可用來改善應(yīng)用的靈敏度,這在采集低幅度信號時特別有用。
ADC的最低過采樣比、數(shù)字濾波器階數(shù)和轉(zhuǎn)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(yīng)對幅度量化噪聲的增速。
AD7175的最低過采樣比為×32,在8 MHz FMOD條件下,最大輸出數(shù)據(jù)速率為250 kHz。
AD7175提供了多種不同類型的濾波器,可供用戶可視需要選擇。數(shù)字濾波器的工作原理是通過比較不同情況下的sinc5 + sinc1和sinc3濾波器來說明的。
在250 kHz ODR時,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sinc5濾波器的衰減和滾降速率足以消除調(diào)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(diào)制器噪聲。數(shù)據(jù)手冊中的250 kHz和125 kHz ODR時的噪聲數(shù)值說明了這一情況。只有將數(shù)據(jù)速率設(shè)置為62.5 kHz或更低,sinc3響應(yīng)才能完全濾除ADC結(jié)果中的量化噪聲。
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