模擬工程師必知必會:帶你全方位學習模數轉換器二

　　∑-Δ轉換器又稱為過采樣轉換器，它采用增量編碼方式即根據前一量值與后一量值的差值的大小來進行量化編碼?！?Δ型ADC包括模擬∑-Δ調制器和數字抽取濾波器?！?Δ調制器主要完成信號抽樣及增量編碼，它給數字抽取濾波器提供增量編碼即∑-Δ碼;數字抽取濾波器完成對∑-Δ碼的抽取濾波，把增量編碼轉換成高分辨率的線性脈沖編碼調制的數字信號。因此抽取濾波器實際上相當于一個碼型變換器。

　　優點：分辨率較高，高達24位;轉換速率高，高于積分型和壓頻變換型ADC;價格低;內部利用高倍頻過采樣技術，實現了數字濾波，降低了對傳感器信號進行濾波的要求。

　　缺點：高速∑-△型ADC的價格較高;在轉換速率相同的條件下，比積分型和逐次逼近型ADC的功耗高。

　　6.流水線型ADC

　　流水線結構ADC，又稱為子區式ADC，它是一種高效和強大的模數轉換器。它能夠提供高速、高分辨率的模數轉換，并且具有令人滿意的低功率消耗和很小的芯片尺寸;經過合理的設計，還可以提供優異的動態特性。

　　流水線型ADC由若干級級聯電路組成，每一級包括一個采樣/保持放大器、一個低分辨率的ADC和DAC以及一個求和電路，其中求和電路還包括可提供增益的級間放大器?？焖倬_的n位轉換器分成兩段以上的子區(流水線)來完成。首級電路的采樣/保持器對輸入信號取樣后先由一個m位分辨率粗A/D轉換器對輸入進行量化，接著用一個至少n位精度的乘積型數模轉換器(MDAC)產生一個對應于量化結果的模/擬電平并送至求和電路，求和電路從輸入信號中扣除此模擬電平。并將差值精確放大某一固定增益后關交下一級電路處理。經過各級這樣的處理后，最后由一個較高精度的K位細A/D轉換器對殘余信號進行轉換。將上述各級粗、細A/D的輸出組合起來即構成高精度的n位輸出。

　　優點：有良好的線性和低失調;可以同時對多個采樣進行處理，有較高的信號處理速度，典型的為Tconv100ns;低功率;高精度;高分辨率;可以簡化電路。

　　缺點：基準電路和偏置結構過于復雜;輸入信號需要經過特殊處理，以便穿過數級電路造成流水延遲;對鎖存定時的要求嚴格;對電路工藝要求很高，電路板上設計得不合理會影響增益的線性、失調及其它參數。

　　目前，這種新型的ADC結構主要應用于對THD和SFDR及其它頻域特性要求較高的通訊系統，對噪聲、帶寬和瞬態相應速度等時域特性要求較高的CCD成像系統，對時域和頻域參數都要求較高的數據采集系統。

　　確定A/D轉換器件在確定設計方案后，首先需要明確A/D轉換的需要的指標要求，包括數據精度、采樣速率、信號范圍等等。

　　1.確定A/D轉換器的位數在選擇A/D器件之前，需要明確設計所要達到的精度。精度是反映轉換器的實際輸出接近理想輸出的精確程度的物理量。在轉化過程中，由于存在量化誤差和系統誤差，精度會有所損失。其中量化誤差對于精度的影響是可計算的，它主要決定于A/D轉換器件的位數。A/D轉換器件的位數可以用分辨率來表示。一般把8位以下的A/D轉換器稱為低分辨率ADC，9~12位稱為中分辨率ADC，13位以上為高分辨率。A/D器件的位數越高，分辨率越高，量化誤差越小，能達到的精度越高。理論上可以通過增加A/D器件的位數，無止境提高系統的精度。但事實并非如此，由于A/D前端的電路也會有誤差，它也同樣制約著系統的精度。

　　比如，用A/D采集傳感器提供的信號，傳感器的精度會制約A/D采樣的精度，經A/D采集后信號的精度不可能超過傳感器輸出信號的精度。設計時應當綜合考慮系統需要的精度以及前端信號的精度。

　　2.選擇A/D轉換器的轉換速率在不同的應用場合，對轉換速率的要求是不同的，在相同的場合，精度要求不同，采樣速率也會不同。采樣速率主要由采樣定理決定。確定了應用場合，就可以根據采集信號對象的特性，利用采樣定理計算采樣速率。如果采用數字濾波技術，還必須進行過采樣，提高采樣速率。