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Δ-Σ转换器的信噪比如何不同
作者:Bonnie Bake   发布时间:2007-10-27 08:18:22 来源:EDN/ 繁体版
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  的拓扑结构与其他拓扑结构有一点不同。然而,许多工程师仍努力使转换器这个圆形销适应标准方形孔。

  当我还是孩子的时候,父母送给我一个内径为1的箱子。我非常的兴奋!为了保护这个海龟,我准备把它放到我的货车上。车上有个狭槽可以嵌入方形,三角形和圆形的销子。妈妈看到我拿走一个锤子,就知道肯定不会有好事。她对我说:“你不能将一个方形的销子放进一个圆形的孔中”。

  这件教训也同样适用于下面的Δ-Σ调节器和ADC中——一个从1930年起被提出的基本概念。转换器的拓扑结构与其他拓扑的结构有一点不同。然而,许多工程师仍努力使转换器适应标准ADC方形孔。

  Δ-Σ转换器的性能远超一般简单的模数转换器。它有过采样结构、调节器和数字滤波器。过采样结构在较宽的频率范围内扩展噪声功率。调节器形成低频噪声或将其推到更高频率。数字滤波器可以平滑噪声信号并将其从高频信号中消除。完美的逐次逼近记录寄存器和传递途径为6.02N+1.76(参考文献1),其中N为转换器位数。Δ-Σ转换器的信噪比是6.02(N+NINC)+1.76,其中,N是调节器位数,NINC是增加的分辨率是:

公式

  在这个公式中,M是调节器阶数,K是转换过程中的过采样速率。

  理想的带一阶调节器的Δ-Σ转换器信噪比是6.02N+1.76–5.17 +30log10OSR,其中OSR为过采样速率,N为调制器位数而不是转换器的位数(如图1)。

理想的带一阶调节器的

  这些理想公式假定ADC和DAC的噪声和偏移误差为线性的,通常一阶设备是理想的,数字滤波器也会有一个理想的砖墙型反应。事实上,Δ-Σ转换器并不想我们希望的那么理想。

  由这些理想的理论,最好的方法仍是依靠转换器性能的基准数据。这些数据给你转换器性能的现实看法。在这个基础上,通过获取上百次直流输入信号的采样,来测量转换器的均方根噪声。在这种情形中,描述任意ADC信噪比的公式是20log10(VRMS-FS/VRMS-NOISE)。

  参考文献:

  1.Baker, Bonnie, “Where did all the bits go?” EDN, June 7, 2007, pg 36.

  2.Baker, RJ, CMOS Mixed-Signal Circuit Design, Wiley-IEEE Press, 2002.

  3.Norsworthy, Steven R, Richard Schreier, and Gabor C Temes, Delta-Sigma Converters: Theory, Design, and Simulation, Wiley-IEEE Press, 1996.

  英文原文:

  How the SNRs of delta-sigma converters differ

  This converter topology is a bit different from other topologies; however, many engineers still strive to fit this round peg of a converter into the standard ADC square hole.

  By Bonnie Baker -- EDN, 8/2/2007

  When I was a child, my parents bought me a 1-in.-diameter box turtle. I was so excited! To protect the turtle, I was going to put it in my block wagon. This wagon had slots to insert square, triangular, and round pegs. When my mom saw me grab a hammer, she knew it wouldn’t be a pretty picture. “You can’t fit a square peg—or a turtle—into a round hole,” she told me.   That lesson also applies to the basic concept underlying delta-sigma modulators and s—a concept that has been around since the 1930s. This converter topology is a bit different from other topologies; however, many engineers still strive to fit this converter into the standard ADC square hole.

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