深入解析：模擬前端模/數轉換器的三種類型

模擬前端中三種最常見的模/數轉換器類型為逐次近似型(a)、管線型(b)和△-Σ型(c)。

以下這些框圖極其簡單地描述了這些不同的架構概念。

a.在逐次近似模/數轉換器中，模擬輸入電壓通過采樣保持技術得以“定格”。然后，N位寄存器被設置成中幅模式：寄存器的最高位被設置為1，使得數/模轉換器輸出可達到中階值。

如輸入電壓高于數/模轉換器輸出電壓，比較器輸出為真且最高位仍為1。但如果輸入電壓低于數/模轉換器輸出電壓，寄存器的最高位將變為邏輯0。

轉換器控制邏輯將轉到下一個位，促使該位增高并執行另一個比較，直至到達最低位。當轉換完成時，N位數字將會出現在寄存器中。請參閱相關插圖

圖1

b. 在管線型模/數轉換器中，每個平行階段進行一位逐次采樣或同時進行多位逐次采樣。模擬輸入適用于采樣保持，一階模/數轉換器使其轉換成3位。然后輸入一個小型數/模轉換器，從采樣保持輸出值中產生模擬輸出。“殘留信號”被放大，然后輸入下一階，如此繼續。移位寄存器及時調整各階位值并將組合采樣傳遞給糾錯邏輯器。請參閱相關插圖

圖2

c.△-Σ轉換器不是簡單地直接進行時域分析，更多情況下用于頻域分析。(www.intersil.com/data/an/an9504.pdf中的Intersil Applications Note 9504介紹了一種詳細的數學分析法。)可以說，對輸入信號進行粗略超采樣(采樣目標遠高于Nyquist值，以便獲得最大關注輸入頻帶)可排除混淆現象。更重要的是，它將量化雜訊(將連續輸入信號變成一連串非連續信號所產生的分辨誤差)的頻率成分以更大的帶寬進行傳播。這樣就降低了量化雜訊的平均級別并提高大部分雜訊的頻率。多數雜訊可通過急速減弱數字濾波器的關注頻帶進行消除。請參閱相關插圖

圖3