Σ-Δ转换器与数字滤波器在ADC和DAC中的应用

"AN-283应用笔记详细探讨了Σ-Δ转换器的工作原理和相关技术，包括过采样、噪声整形、数字滤波以及抽取等关键概念在AD DA中的应用。" Σ-Δ转换器是现代数字信号处理中一种重要的架构，特别适用于实现高分辨率的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)。这种转换器的优势在于它能够在混合信号集成电路中集成ADC、DAC和数字信号处理器(DSP)功能，特别是在1微米及更小的CMOS工艺中。 过采样是Σ-Δ转换器的核心概念之一。它通过提高采样频率超过奈奎斯特频率，即信号最高频率的两倍，来减少对模拟抗混叠滤波器的要求。过采样可以将量化噪声分散到更宽的频带内，从而降低在有用信号频带内的噪声。过采样比(k)越高，信噪比(SNR)提升越大，但也会带来更高的计算和存储需求。 噪声整形是Σ-Δ调制器的主要任务，它将量化噪声的频谱改变形状，将大部分噪声推至较高的频段。这样，通过后续的数字滤波器可以更容易地去除噪声，而不影响信号质量。Σ-Δ调制器在ADC中起到了关键作用，将低分辨率的1位量化器与高采样率相结合，生成一个高密度的噪声信号。 数字滤波是提升Σ-Δ转换器性能的关键步骤。经过噪声整形后的信号通过数字滤波器，该滤波器设计用于在输出中消除高频的噪声成分，同时保留低频的信号细节。这样可以显著提高总信噪比和动态范围，使得Σ-Δ型ADC能实现远超其原始1位分辨率的性能。 抽取是过采样过程的反向操作，它降低了Σ-Δ转换器的输出采样速率，使其适应实际应用的需求。通过抽取，我们可以得到接近或等于奈奎斯特频率的最终采样速率，同时保持了过采样带来的高SNR优势。 Σ-Δ转换器的线性度得益于1位量化器和内部DAC的线性设计，它们共同贡献了优秀的微分和积分线性度。由于这些特性，Σ-Δ型ADC往往不需要像其他ADC架构那样精细的校准。 总结来说，AN-283应用笔记深入解析了Σ-Δ转换器如何利用过采样、噪声整形、数字滤波和抽取技术，在AD DA中实现高分辨率和高信噪比的转换效果。这些技术在混合信号集成电路中尤其重要，因为它们能够简化设计，降低成本，并在单芯片解决方案中提供高性能的信号处理能力。