高分辨率ADC技术：Σ-Δ与低频测量应用

"高分辨率信号ADC 英文原版 - 关注于Σ-ΔADCs和低频测量ADCs在高分辨率、低功耗条件下的应用挑战与解决方案" 高分辨率信号ADC，尤其是Σ-Δ（Sigma-Delta）ADCs和用于低频测量的ADCs，在现代电子设备中扮演着至关重要的角色。随着技术的进步，ADC（模拟到数字转换器）和DAC（数字到模拟转换器）正朝着更高的速度和分辨率发展，同时电源电压却在降低。这为设计者带来了新的挑战。 传统的数据转换器通常工作在±5V（双电源）或+5V（单电源）环境下，但现在有部分转换器可以只用+3V单电源运行。这种趋势导致了一系列设计和应用问题，这些问题在早期±15V标准电源的转换器中并不突出。 降低电源电压意味着输入电压范围变小，因此对所有潜在噪声源——如电源、参考电压、数字信号、电磁干扰/射频干扰（EMI/RFI）等——更加敏感。对于单电源ADC来说，输入范围往往不接地，寻找兼容的单电源驱动放大器以及处理直接耦合应用中的输入信号电平转移也变得更加困难。 Σ-ΔADCs以其独特的 oversampling 技术和内部噪声整形，能在低频率测量中实现高分辨率。它们通过多次采样并集成信号来提高信噪比，从而实现高精度的转换结果。然而，这同时也需要更复杂的数字滤波算法和更高精度的参考电压。 在低频测量中，ADC的噪声性能尤其关键，因为微小的噪声可能被放大，影响测量的准确性。因此，设计者必须考虑如何优化布局、接地和去耦技术，以减少噪声引入并保持信号完整性。此外，电源抑制比（PSRR）和参考电压稳定性也是确保ADC高分辨率性能的重要因素。 在实际应用中，系统设计师还需要关注ADC的动态性能指标，如有效位数（ENOB）、信噪比（SNR）和无杂散动态范围（SFDR）。这些参数直接影响到系统的测量能力和精度。为了达到高分辨率，还需要考虑温度漂移和长期稳定性，以及在低频信号处理时如何避免量化噪声的积累。 高分辨率信号ADC，特别是Σ-ΔADCs和低频测量ADCs，尽管面临电源电压降低带来的设计挑战，但其在各种应用中的优势仍然明显，包括音频系统、医疗设备、工业测量和控制以及无线通信等领域。设计师需要深入了解这些器件的工作原理，结合实际应用需求，选择合适的ADC，并优化整个系统设计，以充分发挥高分辨率ADC的性能潜力。