ADC是現(xiàn)在常用器件，對(duì)于ADC，電子專業(yè)的朋友相對(duì)更為熟悉。在往期文章中，小編對(duì)管道ADC、流水線ADC均有所介紹。為增進(jìn)大家對(duì)ADC的了解程度，這篇文章將介紹基于架構(gòu)的ADC分類。如果你對(duì)ADC具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

ADC作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換器，它的應(yīng)用包括了音頻、工業(yè)流程控制、電源管理、便攜式/電池供電儀表、PDA、測(cè)試儀器分析及測(cè)試儀表、醫(yī)學(xué)儀表等領(lǐng)域。正因?yàn)樗挠猛救绱藦V泛，所以作系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員首先迂到是如何選擇ADC，而選擇ADC又必須了解它的分類與特征，在這基礎(chǔ)上更要了解ADC前端設(shè)計(jì)技術(shù)，這樣才能實(shí)現(xiàn)工控或檢測(cè)系統(tǒng)的高可靠與高精度。本文將此作介紹分析。

ADC按某架構(gòu)分類有四大類，即Delta-Sigma( △∑ )ADC、逐次逼近型(SAR)ADC、大帶寬△∑ADC及智能型ADC。在此僅對(duì)前三類作分析。

一、Delta-Sigma( △∑ )ADC

1.基本架構(gòu)

△∑ADC由一個(gè)△∑調(diào)制器以及后序的數(shù)字抽樣濾波器組成。 調(diào)制器由一個(gè)帶DAC的反饋回路紐成，回路中包括了一個(gè)比較器及一個(gè)積分器?；芈吠ㄟ^時(shí)鐘同步。

2.特征

△∑轉(zhuǎn)換器擁有非常高的分辨率，可理想的用于轉(zhuǎn)換極寬頻率范圍(從直流到好幾個(gè)MHz)的信號(hào)。在△∑ADC中，輸入信號(hào)先通過一個(gè)調(diào)制器實(shí)現(xiàn)過采樣，而后由數(shù)字濾波器所產(chǎn)生的、采樣率較低的高分辨率數(shù)據(jù)流完成濾波及抽取。

△∑的架構(gòu)模式允許犧牲分辨率來?yè)Q取速度，或同時(shí)折衷換取速度及功耗。正是數(shù)據(jù)率、分辨率、功耗三者之間密切且不間斷的聯(lián)系，使得△∑轉(zhuǎn)換器格外的靈活。在很多△∑轉(zhuǎn)換器中，分辨率是可編程設(shè)定的，從而使單個(gè)器件能滿足多個(gè)不同度量的需求。

△∑轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入過采樣，因而能在數(shù)字域完成大多數(shù)的反鋸齒濾波?，F(xiàn)代的超大型集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)使得復(fù)雜數(shù)字濾波器的成本遠(yuǎn)低于同等的模擬濾波器。原來不同尋常的某些功能，諸如對(duì)50Hz及60Hz的帶阻濾波，現(xiàn)在已經(jīng)內(nèi)置到很多的△∑ADC之中。

△∑轉(zhuǎn)換器的運(yùn)作有別于逐次逼近型(SAR)轉(zhuǎn)換器。SAR轉(zhuǎn)換器獲得輸入電壓的一個(gè)“映像”，通過對(duì)“映像”的分析決定響應(yīng)的數(shù)字代碼。而△∑測(cè)量的是一段確定時(shí)間的輸入信號(hào)，其輸出響應(yīng)的數(shù)字代碼是根據(jù)信號(hào)的時(shí)間平均得來的。對(duì)于△∑的工作方式有清晰的認(rèn)識(shí)是很重要的，特別是對(duì)于設(shè)計(jì)中包含多路復(fù)用技術(shù)及同步的情況。

對(duì)多個(gè)△∑轉(zhuǎn)換器的同步并不困難，因此很容易實(shí)現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)換器的同時(shí)刻采樣，而比較困難的則是實(shí)現(xiàn)△∑轉(zhuǎn)換器與外部事件的同步?！鳌妻D(zhuǎn)換器還對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘抖動(dòng)(CIock iftter)有極高的抵抗能力。其過采樣功能有效的平均了抖動(dòng)，降低了其噪聲影響。

3.應(yīng)用

△∑的典型高精度應(yīng)用包括了音頻、工業(yè)流程控制、分析及測(cè)試儀表、醫(yī)學(xué)儀表。

近期ADC架構(gòu)領(lǐng)域的革新帶來了新一代的ADC架構(gòu)，此架構(gòu)同時(shí)采用了流水線及過采樣率準(zhǔn)則。因此，超高速轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)率推向了MSP5(百萬抽樣率每秒)的級(jí)別，同時(shí)保持了16位甚至更高的精度。這樣的速度支持了眾多最新的大帶寬信號(hào)處理應(yīng)用，例如通信及醫(yī)學(xué)成像。

二、大帶寬△∑ADC特征

大帶寬△∑ADC具有非常高的分辨率，可轉(zhuǎn)換覆蓋極寬頻率范圍的信號(hào)--從直流至若干MHz。采用此類ADC的系統(tǒng)將得益于其高速、高精度性能以及大帶寬(直流至5MHz)。此類ADC采用了多級(jí)的調(diào)制器架構(gòu)，從而提供了優(yōu)異的內(nèi)在穩(wěn)定性，并通過降低過采樣率(OSR)提高了信號(hào)量化噪聲比(SQNR)。此外，該高速的△∑轉(zhuǎn)換器具有非常強(qiáng)的系統(tǒng)時(shí)鐘抖動(dòng)耐受性。過采樣的操作弱化了抖動(dòng)，降低了噪聲的影響。速度及精度的結(jié)合可支持大帶寬信號(hào)處理的應(yīng)用。以用于生物醫(yī)學(xué)、臺(tái)架(bench)測(cè)試和測(cè)量以及通信應(yīng)用中先進(jìn)的科學(xué)儀表。

三、逐次逼近型(SAR)ADC

1.基本架構(gòu)

在SARADC內(nèi)部。數(shù)位是由單個(gè)高速、高準(zhǔn)確度比較器一位一位確定的，從MSB/最高有效㈣到LSB/最低有效62)。比較的坌過程是通過模擬輸入信號(hào)與DAC的輸出比較.而后根據(jù)比較結(jié)果。在DAC輸出端先前確定的數(shù)位的基礎(chǔ)上不斷的調(diào)整，使DAC輸出信號(hào)逐步逼近模擬信號(hào).并最終完成轉(zhuǎn)換。

2.特征

逐次逼近存儲(chǔ)(SAR)轉(zhuǎn)換器是針對(duì)中等采樣速率的中高分辨率應(yīng)用常用的架構(gòu)。SARADC分辨率范圍從8位至18位不等，典型速度值低于10MSPS，擁有較低的功率損耗及小外形。SAR轉(zhuǎn)換器依照與平衡校準(zhǔn)類似的原理運(yùn)作。在校準(zhǔn)時(shí)，未知重量被置于天平的一端，同時(shí)將已知重量添加置另一端，通過減少或添加(kept)直至兩端達(dá)到完美的平衡。未知重量可通過添加的已知總量的總數(shù)測(cè)量得出。在SAR轉(zhuǎn)換器中，輸入信號(hào)是未知量，通過采樣并保持。該電壓隨后將于連續(xù)的已知電壓比較，其結(jié)果由轉(zhuǎn)換器輸出。但與重量測(cè)量不同.轉(zhuǎn)換可通過電荷再分配技術(shù)在非常短的時(shí)間內(nèi)完成。

由于SAR AD C需要對(duì)輸入信號(hào)采樣，并將采樣值保持到轉(zhuǎn)換完成，其架構(gòu)并不產(chǎn)生對(duì)自然輸入信號(hào)的損耗，因此也并不要求輸入信號(hào)是連續(xù)的。這也使得SAR架構(gòu)可理想的用于轉(zhuǎn)換器前置多路復(fù)用器的應(yīng)用，或用于轉(zhuǎn)換器只需要每幾秒鐘測(cè)量一次的應(yīng)用以及對(duì)測(cè)量的耐久性有需求的應(yīng)用。在轉(zhuǎn)換時(shí)間保持不變得多種情況下，SAR架構(gòu)的轉(zhuǎn)換器較之流水線型或厶∑轉(zhuǎn)換器擁有更短的采樣至轉(zhuǎn)換延時(shí)。

3.應(yīng)用

SAR轉(zhuǎn)換器是各類實(shí)時(shí)應(yīng)用的理想選擇，例如工業(yè)控制、電機(jī)控制、電源管理、便攜式/電池供電儀表、PDA(個(gè)人數(shù)字助理，也稱掌上電腦)、測(cè)試儀器及數(shù)據(jù)/信號(hào)采集。

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