高精度模数转换器架构权衡

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1、万方数据高精度模数转换器架构权衡。。。。。。。。+。。。。。。。。。。。i=。。。。。；。；，。。i。。?。。。，。。；；。，。。；。。。；；。。。。。。i。。。。。。。；。；；。。。。。毳耐16嚣州仪看公司鼬k“跏h“h。化考虑采样率不到一占山次采样每秒(MsPs)的高精度模数转换器(ADc)时，有两种主要选择：逐次逼进寄存器(sAR)和【)eItasigIna架构。为了针对应用选择合适的ADc架构，最重要的是了解每种架构的基本运作方式，“殷架构的运作将如何对应用产生影响。sAR架构是高精度底片{中最常用的ADc架构之一。sARADc的基本原理是连续比较模拟输^和二进制加权

2、参考电压。sAR架构的精度主要取决干ADc元件的精度及模}fI性能一一电容器匹配、DAc建立时间，以厦比较器的准确度与速度。为了使性能达到晟高，通常在该絮构中采用微调。目前，实施sAR结构的通常方法是采用电容数模转换器(cDAc)结构。该结构是采用_二进制加权实施。这意味着每个位都具有一个二进制加仅值{如：MsB1，一。2满度，(MsH1)=l／74满度，(MsB2)=l，一18满度．．．．⋯}。转换过程是帆MsH到1．sB逐位进行。模扛l输入首先与1，2满度比较。如果模拟输人人于1，，72满度．驯建立MsB，然后与3，74满度(1／2满度+I／4满度)比较。如果模拟输人低于

3、l，一2满度，刚清除MsB，然后与1／4满度比较。该j土程一直进行到完成最后的位比较。这意味着，对于l8位的sARADc，整个转换过程需要连续进行1R次比较。但是，这些比较很快就会完成，因此延迟时间非常短。图l是标准sARADc的方框图。法设备的转换时钟足内置式，这进一步简化了设备的使用。在cs(芯片选择)田1ADs8381s^RADc万框图—●●●——■—■—●●●●——_位丁低位时把c0NvsT(转换开始)引脚置于低位可启动转换。该操作可将设备从采样模式转变刮保持模式。BusY输出在转换过程叶1升高，而存转换结束后下降。RD与cs引脚均置于低位，以便实现具备转换的并行输出

4、总线。因此．实施ADc转换极其简便。sARADc具有尺寸小、功耗低、延迟时恻短，以及简便易用等优点。sAI{ADc的不足之处订．于：为了达到良好的件能，需要进行微倜．同时需嘤更严格的前端过滤，以便防止混淆(anLiallaslng)。sARADc应用的绝好实例是电机控制，在该应用中需要无延迟的快速采样。这些采样速率的其他常用ADc梨构是Dena—sigma絮构。L)cltasignla架构与sAR架构不I-j，为取得高性能，r)elLa—slgma架构更依赣数字处理技术，而非元件匹配及模拟精度。Delta一‰SigTIla架构的主要原理是模拟输八的过采样。DelLaS19nl

5、aADC的主要儿件是婀制器及数字滤波器。调制器是由差动器。。。，。属器和比较器构成，它们一avts起构成一个反馈环路。凋裂盘?黥制器以大大高J一模拟输。”““人信号带宽的速率运行，以便提供过采样。模拟输：罢了人与反馈信号(误差信芸号)进行差动(dclta)比较。诚比较产生的差动输卅馈送到积分器(si9111a)中。然后将积分器的输出馈送到比较器巾。比较嚣的输出同时将反馈信号(误差信号)传送到差动器，而自身被馈送到数字滤波器中。这种反馈环路的目的是使反馈信号(误差信号)趋于零。比较器输出的结果就是I／0流。该流如果1密度较高，刚意味着模拟输入电压较高；J豆之，o密度较高，则意昧

6、着模拟输人电压较低。接着将1，70流馈送到数字滤波器中，浚滤波器通过过采样与抽样．将l，70流从高速率、低精度位流转换成低速率、高精度数字输出。对干Dcl_[a—SjgTIla架构，应沣意几个关键点。首先，因为Dd_[a—sjgTrLaADc的采样速率一般比相关模拟信号高很多，崮此Ⅱ『消除防混淆滤波器转降。这可以简化模拟前端。其次，该架构是内在线性的。积分譬二鲨=鲨惭硼9：LSDAVjpELEcTRoNlcPRoDucTscHlNAhllp：／／wwwepccomcnNov200273万方数据圈5ADslPl8DeI‘a—s】gmADc万框图■■●—■—●—■■■—■●●再次

7、，所采用的精湛数卞处理技术飕德波可提供极高的动态范围。这些技术通常包括系统中的干扰排除，如线路频率噪音。最后，由于内在滤波，这种架构总存化延迟。尽管某些Dena—sigmaADc制造商声称无延迟，这其实不可能。在这些实施中，可采用设计技巧掩盖延迟。DenaSigma架构晌实施范围从极其旖单的实施到非常复杂的高度集成解决疗案。更复杂的实施可实现数字滤波器的高级编程，以根据应用定制ADc的性能。图2显示了DeIta—sigmaADC的简单实施。该设备简单通过串行12c接口写人进行配置。然后，ADc结果通过1