資源描述：
《ADC過采樣》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、什么叫過采樣????首先，考慮一個(gè)傳統(tǒng)ADC的頻域傳輸特性。輸入一個(gè)正弦信號(hào)，然后以頻率fs采樣--按照Nyquist定理，采樣頻率至少兩倍于輸入信號(hào)。從FFT分析結(jié)果可以看到，一個(gè)單音和一系列頻率分布于DC到fs/2間的隨機(jī)噪聲。這就是所謂的量化噪聲，主要是由于有限的ADC分辨率而造成的。單音信號(hào)的幅度和所有頻率噪聲的RMS幅度之和的比值就是信號(hào)噪聲比(SNR)。對(duì)于一個(gè)NbitADC，SNR可由公式：SNR=6.02N+1.76dB得到。為了改善SNR和更為精確地再現(xiàn)輸入信號(hào)，對(duì)于傳統(tǒng)ADC來講，必須
2、增加位數(shù)。???如果將采樣頻率提高一個(gè)過采樣系數(shù)k，即采樣頻率為kfs，再來討論同樣的問題。FFT分析顯示噪聲基線降低了，SNR值未變，但噪聲能量分散到一個(gè)更寬的頻率范圍。Σ-Δ轉(zhuǎn)換器正是利用了這一原理，具體方法是緊接著1bitADC之后進(jìn)行數(shù)字濾波。大部分噪聲被數(shù)字濾波器濾掉，這樣，RMS噪聲就降低了，從而一個(gè)低分辨率ADC，Σ-Δ轉(zhuǎn)換器也可獲得寬動(dòng)態(tài)范圍。那么，簡單的過采樣和濾波是如何改善SNR的呢?一個(gè)1bitADC的SNR為7.78dB(6.02+1.76)，每4倍過采樣將使SNR增加6dB，SN
3、R每增加6dB等效于分辨率增加1bit。這樣，采用1bitADC進(jìn)行64倍過采樣就能獲得4bit分辨率;而要獲得16bit分辨率就必須進(jìn)行415倍過采樣，這是不切實(shí)際的。Σ-Δ轉(zhuǎn)換器采用噪聲成形技術(shù)消除了這種局限，每4倍過采樣系數(shù)可增加高于6dB的信噪比。增加采樣頻率可以改善系統(tǒng)的SNR，其原因是，當(dāng)采樣頻率增加時(shí)，量化噪聲功率仍保持不變（量化噪聲只與字長有關(guān)），量化誤差可以建模為樣本與樣本之間不相關(guān)，這就將產(chǎn)生平坦的頻率響應(yīng)，從而具有單邊功率譜密度：PSD等于兩倍的量化噪聲功率與采樣頻率之比。因此，盡管
4、總的量化噪聲功率保持不變，量化噪聲的PSD隨著采樣頻率的增加而減低，即，采樣頻率每增加一倍，信噪比大約增加3分貝。揭開Σ-ΔADC的神秘面紗技術(shù)分類：模擬設(shè)計(jì)?
5、2010-08-06嵌入式公社 越來越多的應(yīng)用，例如過程控制、稱重等，都需要高分辨率、高集成度和低價(jià)格的ADC。新型Σ-Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)恰好可以滿足這些要求。然而，很多設(shè)計(jì)者對(duì)于這種轉(zhuǎn)換技術(shù)并不十分了解，因而更愿意選用傳統(tǒng)的逐次比較ADC。Σ-Δ轉(zhuǎn)換器中的模擬部分非常簡單（類似于一個(gè)1bitADC），而數(shù)字部分要復(fù)雜得多，按照功能可劃分為數(shù)字濾波和抽
6、取單元。由于更接近于一個(gè)數(shù)字器件，Σ-ΔADC的制造成本非常低廉。? 一、Σ-ΔADC工作原理? 要理解Σ-ΔADC的工作原理，首先應(yīng)對(duì)以下概念有所了解：過采樣、噪聲成形、數(shù)字濾波和抽取。? 1.過采樣? 首先，考慮一個(gè)傳統(tǒng)ADC的頻域傳輸特性。輸入一個(gè)正弦信號(hào)，然后以頻率fs采樣--按照Nyquist定理，采樣頻率至少兩倍于輸入信號(hào)。從FFT分析結(jié)果可以看到，一個(gè)單音和一系列頻率分布于DC到fs/2間的隨機(jī)噪聲。這就是所謂的量化噪聲，主要是由于有限的ADC分辨率而造成的。單音信號(hào)的幅度和所有頻率
7、噪聲的RMS幅度之和的比值就是信號(hào)噪聲比（SNR）。對(duì)于一個(gè)NbitADC，SNR可由公式：SNR=6.02N+1.76dB得到。為了改善SNR和更為精確地再現(xiàn)輸入信號(hào)，對(duì)于傳統(tǒng)ADC來講，必須增加位數(shù)。? 如果將采樣頻率提高一個(gè)過采樣系數(shù)k，即采樣頻率為kfs，再來討論同樣的問題。FFT分析顯示噪聲基線降低了，SNR值未變，但噪聲能量分散到一個(gè)更寬的頻率范圍。Σ-Δ轉(zhuǎn)換器正是利用了這一原理，具體方法是緊接著1bitADC之后進(jìn)行數(shù)字濾波。大部分噪聲被數(shù)字濾波器濾掉，這樣，RMS噪聲就降低了，從而一個(gè)低
8、分辨率ADC，Σ-Δ轉(zhuǎn)換器也可獲得寬動(dòng)態(tài)范圍。? 那么，簡單的過采樣和濾波是如何改善SNR的呢？一個(gè)1bitADC的SNR為7.78dB（6.02+1.76），每4倍過采樣將使SNR增加6dB，SNR每增加6dB等效于分辨率增加1bit。這樣，采用1bitADC進(jìn)行64倍過采樣就能獲得4bit分辨率；而要獲得16bit分辨率就必須進(jìn)行415倍過采樣，這是不切實(shí)際的。Σ-Δ轉(zhuǎn)換器采用噪聲成形技術(shù)消除了這種局限，每4倍過采樣系數(shù)可增加高于6dB的信噪比。? 2.噪聲成形? 通過圖1所示的一階Σ-Δ調(diào)制器
9、的工作原理，可以理解噪聲成形的工作機(jī)制。?圖1Σ-Δ調(diào)制器? Σ-Δ調(diào)制器包含1個(gè)差分放大器、1個(gè)積分器、1個(gè)比較器以及1個(gè)由1bitDAC（1個(gè)簡單的開關(guān)，可以將差分放大器的反相輸入接到正或負(fù)參考電壓）構(gòu)成的反饋環(huán)。反饋DAC的作用是使積分器的平均輸出電壓接近于比較器的參考電平。調(diào)制器輸出中"1"的密度將正比于輸入信號(hào)，如果輸入電壓上升，比較器必須產(chǎn)生更多數(shù)量的"1"，反之亦然。積分器用來對(duì)誤差電壓求和，對(duì)于輸入信號(hào)表現(xiàn)為
