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[導讀]為增進大家對ADC的瞭解程度,這篇文章將介紹基於架構的ADC分類。

ADC是現在常用器件,對於ADC,電子專業的朋友相對更為熟悉。在往期文章中,小編對管道ADC、流水線ADC均有所介紹。為增進大家對ADC的瞭解程度,這篇文章將介紹基於架構的ADC分類。如果你對ADC具有興趣,不妨繼續往下閲讀哦。

ADC作為數據採集系統中的轉換器,它的應用包括了音頻、工業流程控制、電源管理、便攜式/電池供電儀表、PDA、測試儀器分析及測試儀表、醫學儀表等領域。正因為它的用途如此廣泛,所以作系統設計人員首先迂到是如何選擇ADC,而選擇ADC又必須瞭解它的分類與特徵,在這基礎上更要了解ADC前端設計技術,這樣才能實現工控或檢測系統的高可靠與高精度。本文將此作介紹分析。

ADC按某架構分類有四大類,即Delta-Sigma( △∑ )ADC、逐次逼近型(SAR)ADC、大帶寬△∑ADC及智能型ADC。在此僅對前三類作分析。

一、Delta-Sigma( △∑ )ADC

1.基本架構

△∑ADC由一個△∑調製器以及後序的數字抽樣濾波器組成。 調製器由一個帶DAC的反饋迴路紐成,迴路中包括了一個比較器及一個積分器。迴路通過時鐘同步。

2.特徵

△∑轉換器擁有非常高的分辨率,可理想的用於轉換極寬頻率範圍(從直流到好幾個MHz)的信號。在△∑ADC中,輸入信號先通過一個調製器實現過採樣,而後由數字濾波器所產生的、採樣率較低的高分辨率數據流完成濾波及抽取。

△∑的架構模式允許犧牲分辨率來換取速度,或同時折衷換取速度及功耗。正是數據率、分辨率、功耗三者之間密切且不間斷的聯繫,使得△∑轉換器格外的靈活。在很多△∑轉換器中,分辨率是可編程設定的,從而使單個器件能滿足多個不同度量的需求。

△∑轉換器對輸入過採樣,因而能在數字域完成大多數的反鋸齒濾波。現代的超大型集成電路設計技術已經使得複雜數字濾波器的成本遠低於同等的模擬濾波器。原來不同尋常的某些功能,諸如對50Hz及60Hz的帶阻濾波,現在已經內置到很多的△∑ADC之中。

△∑轉換器的運作有別於逐次逼近型(SAR)轉換器。SAR轉換器獲得輸入電壓的一個“映像”,通過對“映像”的分析決定響應的數字代碼。而△∑測量的是一段確定時間的輸入信號,其輸出響應的數字代碼是根據信號的時間平均得來的。對於△∑的工作方式有清晰的認識是很重要的,特別是對於設計中包含多路複用技術及同步的情況。

對多個△∑轉換器的同步並不困難,因此很容易實現多個轉換器的同時刻採樣,而比較困難的則是實現△∑轉換器與外部事件的同步。△∑轉換器還對系統時鐘抖動(CIock iftter)有極高的抵抗能力。其過採樣功能有效的平均了抖動,降低了其噪聲影響。

3.應用

△∑的典型高精度應用包括了音頻、工業流程控制、分析及測試儀表、醫學儀表。

近期ADC架構領域的革新帶來了新一代的ADC架構,此架構同時採用了流水線及過採樣率準則。因此,超高速轉換器將數據率推向了MSP5(百萬抽樣率每秒)的級別,同時保持了16位甚至更高的精度。這樣的速度支持了眾多最新的大帶寬信號處理應用,例如通信及醫學成像。

二、大帶寬△∑ADC特徵

大帶寬△∑ADC具有非常高的分辨率,可轉換覆蓋極寬頻率範圍的信號--從直流至若干MHz。採用此類ADC的系統將得益於其高速、高精度性能以及大帶寬(直流至5MHz)。此類ADC採用了多級的調製器架構,從而提供了優異的內在穩定性,並通過降低過採樣率(OSR)提高了信號量化噪聲比(SQNR)。此外,該高速的△∑轉換器具有非常強的系統時鐘抖動耐受性。過採樣的操作弱化了抖動,降低了噪聲的影響。速度及精度的結合可支持大帶寬信號處理的應用。以用於生物醫學、台架(bench)測試和測量以及通信應用中先進的科學儀表。

三、逐次逼近型(SAR)ADC

1.基本架構

在SARADC內部。數位是由單個高速、高準確度比較器一位一位確定的,從MSB/最高有效㈣到LSB/最低有效62)。比較的坌過程是通過模擬輸入信號與DAC的輸出比較.而後根據比較結果。在DAC輸出端先前確定的數位的基礎上不斷的調整,使DAC輸出信號逐步逼近模擬信號.並最終完成轉換。

2.特徵

逐次逼近存儲(SAR)轉換器是針對中等採樣速率的中高分辨率應用常用的架構。SARADC分辨率範圍從8位至18位不等,典型速度值低於10MSPS,擁有較低的功率損耗及小外形。SAR轉換器依照與平衡校準類似的原理運作。在校準時,未知重量被置於天平的一端,同時將已知重量添加置另一端,通過減少或添加(kept)直至兩端達到完美的平衡。未知重量可通過添加的已知總量的總數測量得出。在SAR轉換器中,輸入信號是未知量,通過採樣並保持。該電壓隨後將於連續的已知電壓比較,其結果由轉換器輸出。但與重量測量不同.轉換可通過電荷再分配技術在非常短的時間內完成。

由於SAR AD C需要對輸入信號採樣,並將採樣值保持到轉換完成,其架構並不產生對自然輸入信號的損耗,因此也並不要求輸入信號是連續的。這也使得SAR架構可理想的用於轉換器前置多路複用器的應用,或用於轉換器只需要每幾秒鐘測量一次的應用以及對測量的耐久性有需求的應用。在轉換時間保持不變得多種情況下,SAR架構的轉換器較之流水線型或厶∑轉換器擁有更短的採樣至轉換延時。

3.應用

SAR轉換器是各類實時應用的理想選擇,例如工業控制、電機控制、電源管理、便攜式/電池供電儀表、PDA(個人數字助理,也稱掌上電腦)、測試儀器及數據/信號採集。

以上便是此次小編帶來的“ADC”相關內容,通過本文,希望大家對基於架構的ADC分類具備一定的瞭解。如果你喜歡本文,不妨持續關注我們網站哦,小編將於後期帶來更多精彩內容。最後,十分感謝大家的閲讀,have a nice day!

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