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來源：Digi-Key 作者：Kevin Chow 通過Σ-Δ 模數轉換器來簡化信號鏈有效地解決了采樣問題，它們消除了對抗混疊濾波器和緩沖器的需求，并解決了信號鏈偏移誤差和與其他組件相關的漂移問題。 在這篇文章中，我們將深入討論如何在轉換器的操作及線路設計上，能夠使ADC模數轉換器在有效采樣的同時減少噪聲和抗混疊的方法。 連續時間Σ-Δ (CTSD) 模數轉換器 CTSD 模數轉換器是一種Σ-Δ ADC架構，利用過采樣和噪聲整形等原理，但它能提供另一種實施采樣操作的方法，可帶來巨大的系統優勢。 圖1顯示了離散時間Σ-Δ (DTSD) 架構和CTSD架構的比較。正如我們在DTSD架構中看到的那樣，在循環之前對輸入進行采樣。環路濾波器H(z) 在時間上是離散的，并使用開關電容積分器實現。反饋DAC也是基于開關電容的。由于輸入端存在采樣，這將導致fS 產生混疊問題，因此在采樣之前，需要在輸入上附加一個抗混疊濾波器。 
圖1 ：離散時間和連續時間模塊化框圖 (圖片來源: ADI) CTSD在輸入端沒有配置采樣器，而是在環路內的量化器上進行采樣。環路濾波器使用連續時間積分器實現了時間連續性，反饋DAC也是如此。與量化噪聲受到整形相似，由于采樣引起的混疊也被整形，這樣就產生了幾乎不采樣的ADC，從而形成了自己的一類。與DTSD不同，CTSD的采樣頻率是固定的，而DTSD可以很容易地調整調制器的采樣頻率。同樣，與開關電容器等效物相比，CTSD ADC對抖動的容忍度更低。現成的晶體或CMOS振蕩器為本地ADC提供低抖動時鐘，從而有助于避免在隔離狀態下傳輸低抖動時鐘并降低EMC。 CTSD的兩個主要優點是固有的混疊抑制以及信號和參考的阻性輸入。 固有的抗混疊 把量化器放在循環內可形成穩固的混疊抑制。如圖2所示，輸入信號在被采樣之前先經過環路濾波器，這使在量化器處產量的折返（混疊）誤差也可以經過該濾波器去除。信號和混疊誤差將面對與Σ-Δ環路有相同的噪聲傳遞函數，并且在Σ-Δ架構中進行與量化噪聲相似的噪聲整形。因此，CTSD環路的頻率響應自然會抑制采樣頻率整數倍的輸入信號，好像一個抗混疊濾波器的功能。
圖2 CTSD調制器的頻率響應 (圖片來源: ADI) 阻性輸入 與采樣保持配置比例，在信號和基準輸入上使有阻性輸入更容易被驅動。使用恒定阻性輸入，不會產生反沖，更可以完全不需使用驅動器，如圖3所示。由于輸入阻抗恒定不變，因此也消除了因增益誤差而導致的系統需要重新轉換的故考慮。
圖3 ：CTSD的輸入設置（圖片來源：ADI） 即使ADC具有單極電源，模擬輸入也可能是雙極性的。這樣便不需要從雙極性前端到ADC的轉換轉換需要。基準負載也是電阻性的，可以減少開關反沖，因此不需要單獨的基準電壓系數。低通濾波器的電阻器可以在片上完成，制動可以與片上電阻性負載一起跟蹤（因為它們的材料相同），以減少增益誤差溫度漂移。 CTSD體系結構并不是新事物，但工業和儀器市場的大趨勢要求在更高的寬度下具有直流和交流精度性能。此類，客戶更喜歡能夠滿足大多數解決方案的單一平臺設計，從而減少了產品上市時間。時致今天，由于具有多種其他類型ADC的眾多優勢，CTSD架構已成為從高性能音頻到蜂窩手機RF前端的廣泛應用中選擇。但也可能可能更重要的是，因為使用CTSD解決了很多重要的系統級問題。 市場中已經有這樣的解決方案，如ADI的AD7134就是基于CTSD的高精度直流至40kHz帶寬ADC，簡化信號鏈設計，可以通過降低通常由模擬前端電路的噪聲，誤差，不匹配和失真，來提高系統級性能，也不會降低精密儀表應用的性能參數要求。
圖4 ：AD7134典型連接圖 工程師開發的好幫手 通過參數篩選決定需要的模數轉換器后，工程師們都希望能夠盡快了解該轉換器的性能及懂得如何操作，進而在極短的時間將設計產品推出市場，這或許是工程師們每天工作的寫照。為了達到這個目標，特別是一些剛向市場推出的新型號芯片，選料時可以嘗試留意對應的評估板或開發套件，利用評估板提供的電路原理圖和相關開發例程作參考開發之用。 如上一篇描述搜索引擎輸入關鍵字「ADC」或「模數轉換器」，看到「數據采集 - 模數轉換器（ADC）」，下一項便是「評估板 - 模數轉換器（ADC）」。
圖5：Digi-Key搜索結果的顯示 進入「評估板 - 模數轉換器（ADC）」選項后，可以看見產品的基本參數列，可以直接從「使用的 IC/零件」搜尋目標的轉換器。
圖6 ：評估板的「使用的 IC/零件」選項顯示 工程師也可以直接在Digi-Key搜索引擎中輸入替換零件編號，對應的評估板便同時顯示，讓工程師開發產品的工作效率更有效。
圖7：在Digi-Key搜索AD7134結果的顯示
圖8： AD7134 評估板 本文小結 為提供低噪聲，低混疊及精密差分匹配的ADC解決方案，市場上ADC生產商已開始利用連續時間Σ-Δ（CTSD）技術，它的優點能提供穩定的抗混疊，并使用恒定模擬阻性輸入和基準輸入，可以完全消除驅動器要求，令芯片體積更細小，工作效率提高。 |
