Sigma-Delta ADC講稿

1、sigma-delta adc,sigma-delta adc的特點(diǎn),在深亞微米下器件各種寄生效應(yīng)匹配性的問題通常限制了a/d轉(zhuǎn)換器的精度。 即使可以通過數(shù)字校正等方法得到改善，但是會(huì)使設(shè)計(jì)復(fù)雜化。 sigma-delta a/d轉(zhuǎn)換器能夠容忍模擬電路的寄生效應(yīng)，從而達(dá)到很高的精度，因此得到了廣泛的應(yīng)用，例如數(shù)字音頻領(lǐng)域,sigma-delta a/d轉(zhuǎn)換器主要由調(diào)制器和抽取濾波器組成。 調(diào)制器主要是模擬電路，其過采樣和噪聲整形對模擬信號進(jìn)行處理，把信號基帶以內(nèi)的噪聲推到高頻處。 抽取濾波器是數(shù)字電路把高頻噪聲濾除，獲得很高的精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)降采用,adc 的基本工作原理,抗混疊濾波,量化,量化

2、器輸入輸出特性,如果量化精度足夠高，則這種誤差被認(rèn)為是白噪聲。 在時(shí)間上是均勻分布的隨機(jī)變量，其概率密度函數(shù)如圖所示。 對這種噪聲信號我們計(jì)算它的量化噪聲功率,量化噪聲分布,白噪聲的功率譜密度,量化噪聲功率譜密度,snr的計(jì)算,vp是輸入滿幅正弦信號的幅度,為量化誤差,奈奎斯特采樣的局限,adc的精度完全由量化器精度決定。 adc需要很陡的前置抗混疊低通濾波器,過采樣技術(shù),如果采樣頻率fs比信號頻率fb大很多，稱這種情況為過采樣，定義過采樣率為： 信號經(jīng)過量化之后，y1(n)由h(f)濾波產(chǎn)生了信號y2(n)，如圖所示,濾波器濾除了頻率比fb大的量化噪聲部分,頻率低于信號帶寬fb時(shí)，y2(n)

3、輸入信號的功率不變，而量化噪聲功率減小到 因此，osr每增加一倍, 量化噪聲功率減小1/2，等效于減小3db，即轉(zhuǎn)換器有效分辨率增加0.5位。 很顯然，增加過采樣率osr可以改善snr，使adc的轉(zhuǎn)換精度得到提高,噪聲整形技術(shù),通用噪聲整形sigma-delta調(diào)制器和它的線性模型如圖所示,信號傳輸函數(shù),噪聲傳輸函數(shù),一階噪聲整形,噪聲傳輸函數(shù)表示一個(gè)離散時(shí)間微分器（高通濾波器），這相當(dāng)于引入了一個(gè)整形函數(shù)，量化噪聲的傳輸函數(shù)幅度為,隨著頻率的降低，噪聲傳輸函數(shù)的幅度也逐步降低。經(jīng)過噪聲整形ntf(z)以后，在信號帶寬內(nèi)的量化噪聲功率和snr為 可以看出，過采樣率每增加一倍，一階sigma-d

4、elta調(diào)制器的信噪比可以增加9db，而簡單的增加一倍過采樣率信噪比只增加3db,一階sigma-delta的簡單工作原理,二階噪聲整形 l階噪聲整形,雖然使用高階調(diào)制器可以有效地抑制帶內(nèi)量化噪聲，當(dāng)階數(shù)達(dá)到三階或三階以上時(shí)，其穩(wěn)定性是很難保證的。 因此，可以通過穩(wěn)定的一階調(diào)制器和二階調(diào)制器級聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)高階調(diào)制器,級聯(lián)(mash) sigma-delta調(diào)制器,調(diào)制器第一級輸出 調(diào)制器第二級輸出 其中 調(diào)制器整個(gè)輸出 數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)如果滿足 則,模擬積分器的設(shè)計(jì),離散積分器基本結(jié)構(gòu),sigma-delta調(diào)制器電路舉例,數(shù)字抽取濾波器,數(shù)字濾波器主要作用： 1、濾除基帶外整形噪聲； 2、將過采樣率降低到奈奎斯特率； 3、將調(diào)制器輸出的低bit數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為高比特?cái)?shù)據(jù)流,梳狀濾波器,梳狀濾波器實(shí)現(xiàn)方法,半帶濾波器,后級濾波器結(jié)構(gòu)主要取決于sigma-delta adc的應(yīng)用。 在對于相位線性度要求不高的情況下，可采用硬件效率高的iir濾波器