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Δ-Σ 轉換器信噪比有何不同之處

發布時間:2010-9-21 10:58    發布者:eetech
關鍵詞: 信噪比 , 轉換器
許多工程師仍努力使 (Δ-Σ) 轉換器這個圓形銷子適應標準 ADC 這個方形孔

當我還是孩子的時候,父母給我買了一個直徑為 1 英寸的閉殼龜。我為此興奮不已!為了保護這個海龜,我準備把它放到我的貨車上。車上有個狹槽可以插入方形、三角形和圓形的銷子。媽媽看到我拿走一個錘子,就知道肯定不會有好事,于是她對我說:“你是無法將一個方形的銷子(或是一個海龜)放進一個圓形的孔中去的”。

這個教訓也同樣適用于下面的 Δ-Σ 調制器和 ADC 中——一個從 20 世紀 30 年代就被提出的基本概念。該轉換器的拓撲結構與其他拓撲的結構有一點點不同。然而,許多工程師仍努力使轉換器適應標準的 ADC 方形孔。

Δ-Σ 轉換器遠遠不止是一款簡單的模數轉換器。它擁有過采樣機制、一個調制器和一個數字濾波器。過采樣機制在較寬的頻率范圍內擴展噪聲功率。調制器形成低頻噪聲或將其推至更高頻率。數字濾波器可以對噪聲信號加以平均并將其從高頻信號中消除。理想的逐次逼近寄存器和管線式轉換器的 SNR(信噪比)為6.02N+1.76(見參考書目 1),其中 N 為轉換器位數。Δ-Σ 轉換器的信噪比為 6.02 (N+NINC)+1.76,其中,N 為調制器位數,NINC 為增加的精度,具體為:



在這個公式中,M 為調制器階數,K 為轉換過程中的過采樣速率。

帶有一階調制器的理想的 Δ-Σ 轉換器信噪比為 6.02N+1.76–5.17 +30log10OSR,其中 OSR 為過采樣速率,N 為調制器位數而不是轉換器的位數(見圖1)。.



圖1、帶有一階調制器的 Δ-Σ 轉換器輸入端的信噪比為 6.02N+1.76–5.17 +30log10OSR

這些理想公式均假設 ADC 和 DAC(通常為一位器件)的線性度、噪聲以及偏移誤差是完美的,且數字濾波器也有一個理想的磚墻響應。事實上,Δ-Σ 轉換器并不像我們希望的那么理想。

這些理想的理論只能作為參考,最好的方法仍然是依靠轉換器性能的基準數據。這些數據將向你展示轉換器性能的真實特點。憑借這些基準數據,并通過對 DC 輸入信號進行上百次的采樣,您就可以測量出轉換器的均方根噪聲。在這種情形下,公式 20log10(VRMS-FS/VRMS-NOISE) 可以用來描述任何 ADC 信噪比。
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