∑-Δ型ADC

與一般的ADC不同，∑-Δ型ADC不是直接根據(jù)抽樣第一個樣值的大小進(jìn)行量化編碼，而根據(jù)前一量值與后一量值的差值即所謂的增量的大小來進(jìn)行量化編碼。從某種意義講，它是根據(jù)信號波形的包絡(luò)線進(jìn)行量化編碼的?！?Δ型ADC由兩部分組成，第一部分為模擬∑-Δ調(diào)制器，第二部分為數(shù)字抽取濾波器，如圖5所示?！?Δ調(diào)制器以極高的抽樣頻率對輸入模擬信號進(jìn)行抽樣，并對兩個抽樣之間的差值進(jìn)行低位量化，從而得到用低位數(shù)碼表示的數(shù)字信號即∑-Δ碼；然后將這種∑-Δ碼送給第二部分的數(shù)字抽取濾波器進(jìn)行抽取濾波，從而得到高分辨率的線性脈沖編碼調(diào)制的數(shù)字信號。因此抽取濾波器實(shí)際上相當(dāng)于一個碼型變換器。由于∑--△具有極高的抽樣速率，通常比奈奎斯特抽樣頻率高出許多倍，因此∑--△轉(zhuǎn)換器又稱為過抽樣A/D轉(zhuǎn)換器。

目前，∑--△型ADC分為四類：

（1）高速類ADC；

（2）調(diào)制解調(diào)器類ADC；

（3）編碼器類ADC；

（4）傳感器低頻測量ADC。

其中每一類∑--△型ADC又分為許多型號，給用戶帶來極大方便。

流水線型（Pipeline）ADC又稱為子區(qū)式ADC，它由若干級級聯(lián)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(zhuǎn)換器分成兩段以上的子區(qū)（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(zhuǎn)換器對輸入進(jìn)行量化，接著用一個至少n位精度的乘積型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（MDAC）產(chǎn)生一個對應(yīng)于量化結(jié)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(guān)交下一級電路處理。經(jīng)過各級這樣的處理后，最后由一個較高精度的K位細(xì) A/D轉(zhuǎn)換器對殘余信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。將上述各級粗、細(xì)A/D的輸出組合起來即構(gòu)成高精度的n位輸出。圖3所示為一個14位5級流水線型ADC的原理圖，圖7 所示為每級內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

流水線型ADC必須滿足以下不等式以便糾正重疊錯誤：式中，1為級數(shù)，m為各級中ADC的粗分辨率，k為精細(xì)ADC的細(xì)分辨率，而 n是流水線ADC的總分辨率。流水線ADC不但簡化了電路設(shè)計，還具有如下優(yōu)點(diǎn)：每一級的冗余位優(yōu)化了重疊誤差的糾正，具有良好的線性和低失調(diào)；每一級具有獨(dú)立的采樣/保持放大器，前一級電路的采樣/保持可以釋放出來用于處理下一次采樣，因此允許流水線各級同時對多個采樣進(jìn)行處理，從而提高了信號的處理速度，典型的為 Tconv《100ns；功率消耗低；很水有比較器進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)，從根本上消除了火花碼和氣泡，從而大大減少了ADC的誤差；多級轉(zhuǎn)換提高了ADC的分辨率。同時流水線型ADC也有一些缺點(diǎn)：復(fù)雜的基準(zhǔn)電路和偏置結(jié)構(gòu)；輸入信號必須穿過數(shù)級電路造成流水延遲；、同步所有輸出需要嚴(yán)格的鎖存定時；對工藝缺陷敏感，對印刷線路板更為敏感，它們會影響增益的線性、失調(diào)及其它參數(shù)。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

分辨率

通常以輸出二進(jìn)制或十進(jìn)制數(shù)字的位數(shù)表示分辨率的高低，因為位數(shù)越多，量化單位越小，對輸入信號的分辨能力就越高。

例如：輸入模擬電壓的變化范圍為 0～5 V，輸出 8 位二進(jìn)制數(shù)可以

分辨的最小模擬電壓為 5 V×2－8 ＝20 mV；而輸出 12 位二進(jìn)制數(shù)可以

分辨的最小模擬電壓為 5 V×2－12≈1.22 mV。

轉(zhuǎn)換誤差

它是指在零點(diǎn)和滿度都校準(zhǔn)以后，在整個轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，分別測量各個 數(shù)字量所對應(yīng)的模擬輸入電壓實(shí)測范圍與理論范圍之間的偏差，取其 中的最大偏差作為轉(zhuǎn)換誤差的指標(biāo)。通常以相對誤差的形式出現(xiàn)，并 以 LSB 為單位表示。例如 ADC0801 的相對誤差為±? LSB。

轉(zhuǎn)換速度

完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換所需要的時間稱為轉(zhuǎn)換時間。大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)換 速度是轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)。

ADC 的轉(zhuǎn)換速度主要取決于轉(zhuǎn)換電路的類型，并聯(lián)比較型 ADC 的轉(zhuǎn)換速度最高（轉(zhuǎn)換時間可小于 50 ns），逐次逼近型 ADC 次之（轉(zhuǎn) 換時間在 10～100μs 之間），雙積分型 ADC 轉(zhuǎn)換速度最低（轉(zhuǎn)換時 間在幾十毫秒至數(shù)百毫秒之間）。

選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)該注意的問題

不論是傳統(tǒng)型ADC還是表發(fā)展起來的ADC都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)場合。在選用ADC時，不僅要考慮應(yīng)用的精度、速度等主要指標(biāo)，還要考慮輸入信號的形式（單端或差動輸入）、輸入信號范圍、輸入通道類型和數(shù)量、工作電源、內(nèi)部基準(zhǔn)、激勵源等多種具體功能上的差異，這些在選型上都是認(rèn)真考慮的?，F(xiàn)代ADC制造商為用戶應(yīng)用考慮的越來越多，用戶在方案設(shè)計時一定要在器件選型上下一些功夫，針對實(shí)際應(yīng)用的具體要求盡量做到選型合理，這樣往往可以簡化設(shè)計、降低成本、提高性價比。