Σ-Δ型ADC技术解析：噪声整形与应用

"∑-Δ型ADC是一种高分辨率、低成本的模数转换技术，广泛应用在数字音频、数字电话、图像编码和通信等领域。其核心是利用反馈环路和积分器提升量化器的分辨率，并整形量化噪声。∑-Δ调制器由积分器、1位A/D转换器和1位D/A转换器组成，通过过采样和噪声整形来提高系统性能。" ∑-Δ型ADC，全称Sigmadelta模数转换器，是一种基于反馈和积分的模数转换技术，它的基本原理是通过高速过采样和噪声整形来实现高分辨率。这种技术最初在20世纪中期提出，但随着VLSI（超大规模集成电路）技术的发展，它在过去的20年中得到了广泛应用。 在∑-Δ型ADC的结构中，一个简单的系统包含前端积分器、1位A/D转换器和1位D/A转换器，其中积分器作为环路滤波器，起到求和的作用，类似于数学中的Σ符号，因此得名。这种调制器的缩写Δ-Σ表明了其包含Delta调制器（Δ）和积分器（Σ）的特性。 噪声整形是∑-Δ型ADC的关键特性。通过高速过采样，ADC以远高于奈奎斯特频率的速度对信号进行采样，通常采用1比特量化，即1比特采样A/D转换器。过采样可以将量化噪声分散到更高的频段，减少在信号带宽内的噪声影响。量化噪声是由于模拟信号采样和量化时的误差引起的，通常假设为白噪声，其功率谱密度在采样频率的一半范围内均匀分布。 在∑-Δ调制器中，噪声被整形到信号带宽之外，然后通过低通滤波器进一步滤除，从而显著提高系统的信噪比。这种滤波过程使得在信号带宽内的噪声大大降低，使得ADC能够提供高分辨率的转换结果。 此外，量化噪声的均方值可以用量化误差的平方来表示，其功率谱密度与采样频率和带宽有关。根据采样定理，采样频率至少应为信号最高频率的两倍，以确保无失真地恢复信号。然而，∑-Δ型ADC通过过采样，可以在低于奈奎斯特频率的采样率下实现高分辨率，这是其独特优势。 ∑-Δ型ADC是一种利用过采样和噪声整形技术的高效模数转换方法，尤其适合于那些需要高分辨率但成本和复杂性有限的应用场景。其设计简单，性能优异，广泛应用于各种电子设备和通信系统中。