噪聲中的小信號(hào)測(cè)量

　　Power：功率

　　noise floor after oversampling：過(guò)采樣后的噪聲層

　　orignal noise floor：最初的噪聲層

　　frequency：頻率

　　oversampling ratio：過(guò)采樣率

　　通過(guò)用調(diào)制器控制環(huán)路中的積分器進(jìn)行噪聲成形，增量累加轉(zhuǎn)換器可以準(zhǔn)確地測(cè)量模擬輸入。積分器的噪聲成形過(guò)程是，將更多噪聲強(qiáng)制推移到更高頻率上，如圖3所示。然后，數(shù)字低通濾波器去除噪聲的高頻部分，這極大地改善了SNR。數(shù)字濾波器還可以用來(lái)極大地降低在50Hz、60Hz或其它不想要的頻率噪聲。

　　圖 3：積分器將噪聲強(qiáng)制推移到更高的頻率上

　　Signal Amplitude : 信號(hào)幅度

　　Digital Filter Rsponse : 數(shù)字濾波器響應(yīng)

　　power：功率

　　1.積分器將噪聲強(qiáng)制推移到所關(guān)注的頻帶之外;

　　2.數(shù)字濾波器濾除高頻噪聲

　　frequency：頻率

　　oversampling ratio：過(guò)采樣率

　　數(shù)字位流中總是會(huì)有一些輸入信號(hào)帶來(lái)的噪聲。但是通過(guò)平均和濾波，增量累加ADC極大地縮小了噪聲層。過(guò)采樣率和內(nèi)部增量累加調(diào)制器的“階數(shù)”決定噪聲高低。階數(shù)這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是積分器的數(shù)量。例如，一個(gè)3階調(diào)制器含有3積分器級(jí)。

　　盡管增加積分器級(jí)數(shù)和增大過(guò)采樣率可以進(jìn)一步降低噪聲，但是穩(wěn)定性是3階或更高階增量累加轉(zhuǎn)換器需要關(guān)注的大問(wèn)題。一旦增量累加調(diào)制器出現(xiàn)不穩(wěn)定，那么除非進(jìn)行功率循環(huán)，否則它們常常不會(huì)再次變至穩(wěn)定狀態(tài)。凌力爾特公司的所有增量累加轉(zhuǎn)換器都采用3階調(diào)制器，而且每次轉(zhuǎn)換都對(duì)調(diào)制器和濾波器復(fù)位。即使調(diào)制器進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)(這很可能發(fā)生在基準(zhǔn)電壓很低、輸入信號(hào)又很大的情況下)，凌力爾特公司的增量累加ADC也可以無(wú)需周期性地開(kāi)關(guān)電源而自己恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，其它ADC產(chǎn)品也許做不到這一點(diǎn)。

　　調(diào)制器環(huán)路穩(wěn)定且噪聲由積分器成形后，接下來(lái)要對(duì)所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波和抽取。抽取就是舍棄一些采樣，主要是去掉由過(guò)采樣帶來(lái)的冗余信號(hào)信息。如果過(guò)采樣率為256，那么ADC求取256個(gè)采樣的平均值，而抽取器則每256個(gè)采樣產(chǎn)生1個(gè)數(shù)字輸出。濾波和抽取后產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)再?gòu)腁DC輸出，一采取串行格式。

　　增量累加ADC的數(shù)字輸出與基準(zhǔn)源一樣好。有噪聲的基準(zhǔn)是任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的主要誤差源。增量累加調(diào)制器的1位DAC由正基準(zhǔn)電壓和負(fù)基準(zhǔn)電壓偏置。正(或高)基準(zhǔn)電壓一般是輸入范圍的上限，而負(fù)(或低)基準(zhǔn)電壓一般是下限。有些增量累加ADC的正和負(fù)基準(zhǔn)都連接到外部，另一些則將低的基準(zhǔn)連接到共用電壓上，如地電壓。其它ADC可以選擇使用內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)或外部基準(zhǔn)。凌力爾特公司的增量累加轉(zhuǎn)換器允許設(shè)計(jì)師改變基準(zhǔn)和輸入共模電壓，變化范圍從地一直到電源電壓。

　　在選擇增量累加轉(zhuǎn)換器時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘和數(shù)據(jù)延遲是兩個(gè)需要考慮的重要因素。時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)處理的內(nèi)部時(shí)序，并決定轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)鐘可以從內(nèi)部提供，或者采用外部晶體或硅振蕩器。不過(guò)，既然數(shù)字濾波器不抑制振蕩器頻率，那么采用內(nèi)部振蕩器是有優(yōu)勢(shì)的。

　　由于數(shù)據(jù)延遲，當(dāng)前輸出結(jié)果落后于輸入一個(gè)采樣周期。凌力爾特公司所有無(wú)延遲增量累加(No Latency Delta SigmaTM)轉(zhuǎn)換器都在一個(gè)周期內(nèi)穩(wěn)定，簡(jiǎn)化了多路復(fù)用應(yīng)用。

　　增量累加ADC雖然本質(zhì)上很簡(jiǎn)單，但是配置這種ADC卻常常是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，如要寫(xiě)很多指令、平衡輸入級(jí)的復(fù)雜性和選擇外部振蕩器。凌力爾特公司的增量累加轉(zhuǎn)換器沒(méi)有校準(zhǔn)序列、配置寄存器、濾波器穩(wěn)定時(shí)間和外部振蕩器，降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期中都執(zhí)行透明的偏移和滿(mǎn)標(biāo)度自動(dòng)校準(zhǔn)，以確保高準(zhǔn)確度，而高準(zhǔn)確度則保證能夠分辨出1克或0.01度的差別。