模拟技术中的高精度模拟技术中的高精度Delta-Sigma A/D转换器的原理及其应用转换器的原理及其应用
本次在线座谈主要介绍TI的高精度Delta-Sigma A/D转换器的原理及其应用,Delta-Sigma转换器的特点是将绝大
多数的噪声从动态转移到阻态,通常Delta-Sigma转换器被用于对成本与精度有要求的低频场合。本文首先将对
TI的高精度Delta-Sigma A/D转换器进行综述性介绍,而后将介绍噪声的测量及芯片ADS1232等。 Delta-Sigma
转换器综述 Delta-Sigma转换器是采用超采样的方法将模拟电压转换成数字量的1位转换器,它由1位ADC、1
位DAC与一个积分器组成,见图1。Delta-Sigma转换器的优点表现在低成本与高分辨率,适合用于现在的低电
压半导
本次在线座谈主要介绍TI的高精度Delta-Sigma A/D转换器的原理及其应用,Delta-Sigma转换器的特点是将绝大多数的噪声从
动态转移到阻态,通常Delta-Sigma转换器被用于对成本与精度有要求的低频场合。本文首先将对TI的高精度Delta-Sigma A/D
转换器进行综述性介绍,而后将介绍噪声的测量及芯片ADS1232等。
Delta-Sigma转换器综述
Delta-Sigma转换器是采用超采样的方法将模拟电压转换成数字量的1位转换器,它由1位ADC、1位DAC与一个积分器组
成,见图1。Delta-Sigma转换器的优点表现在低成本与高分辨率,适合用于现在的低电压半导体工业的生产。
Delta-Sigma转换器组成
Delta-Sigma转换器由差分放大器、积分器、比较器与1位的DAC组成,输入信号减去来自1位DAC的信号将结果作为积分器
的输入,当系统得到稳定工作状态时,积分器的输出信号是全部误差电压之和,同时积分器可以看作是低通滤波器,对噪声
有-6dB的抑制能力。积分器的输出用1位ADC来转换,而后比较器将输出数字1和0的位流。DAC将比较级的输出转换为数字波
形,回馈给差分放大器。
Delta-Sigma转换器原理详述
积分器将量化噪声伸展到整个频带宽度,从而使噪声成型,而滤波器可以过滤掉绝大多数的成型噪声。有几个误差源会降低整
个系统的效果,为了满足ADC的输入范围,很多信号要求一些放大电路和电平偏移电路,有时放大器在ADC的内部,有时使
用外部放大器。无论是哪一种情况,放大器电压、电压漂移、输入偏置电流或采样噪声将引入误差信号。为了得到精确的
ADC转换结果,放大器的误差应该通过调整来消除或减少。积分器对输入低频或直流信号内置一个低通滤波器,从而极大地
降低了通道内的噪声。
典型的半导体放大器的噪声分为两个部分,1/F噪声和对地噪声,Delta-Sigma ADC的主要应用是在低频场合,因此1/F噪声的
影响占主要地位。选择合适的放大器可以控制1/F噪声。由噪声频谱图可知(见图2),器件的噪声在高频主要是背景噪声,而
在低频主要是1/F噪声,当越接近我们想要得到的直流信号时,1/F噪声越大。人们通常把1/F噪声想象成漂移,它是一个非常
低频率的现象,常用的解决方法是采用窄波输入。
获得窄波稳定输入的方法如图3所示,如果有一个1mV的射调电压加在差分放大器的同向输入端,1mV的信号出现在正的输出
端,而在下面的电路中,1mV的信号被输出到负的输出端。由于它被交替地加到正的和负的输出端,因此最后的结果是经过
平均后,这1mV的射调电压不会出现在输出端,而这在Delta-Sigma转换器中有显著效果。因为差分放大器的输出正好被积分
器平均,漂移随着时间及射调变化,对窄波稳定电路来说,射调实际值是无关紧要的,因此随着时间的漂移和射调不会影响转
换的结果。