用24位Δ-Σ ADC高精度测量模拟小信号

尽管增加积分器级数和增大过采样率可以进一步降低噪声，但是稳定性是3阶或更高阶Δ-Σ转换器需要关注的大问题。一旦Δ-Σ调制器出现不稳定，那么除非重新开关电源，否则它们通常不会再次变至稳定状态。凌特公司的所有Δ-Σ转换器都采用3阶调制器，而且每次转换都对调制器和滤波器复位。即使调制器进入不稳定状态(这很可能发生在基准电压很低，输入信号又很大的情况下)，其Δ-Σ ADC也可以在不需要开关电源的情况下自己恢复到稳定状态。

图2：过采样降低了所关注频带中的背景噪声。

调制器环路稳定且噪声由积分器修整后，接下来对所产生的数字信号进行滤波和抽取。抽取就是舍弃一些采样，主要是去掉由过采样带来的冗余信号信息。如果过采样率为256，那么ADC求取256个采样的平均值，而抽取器则每256个采样产生1个数字输出。滤波和抽取后产生的数字信号再从ADC输出，一般采取串行格式。

Δ-Σ ADC的数字输出与基准源一样好，有噪声的基准源是任何数据转换器的主要误差来源。Δ-Σ调制器的1位DAC由正基准电压和负基准电压偏置。正(或高)基准电压一般是输入信号电平的上限，而负(或低)基准电压一般是下限。有些Δ-Σ ADC的正和负基准电压都连接到外部，某些则将低的基准连接到公共电压上，例如地，其它ADC可以选择使用内部带隙基准(bandgap reference)或外部基准。凌特公司的Δ-Σ转换器允许设计师改变基准和输入共模电压，变化范围在地到电源电压之间。

在选择Δ-Σ转换器时，转换时钟和数据延迟是两个需要考虑的重要因素。时钟控制数据处理的内部时序，并决定转换时间。转换时钟可以从内部提供，或者采用外部晶振或硅振荡器。不过，因为数字滤波器不抑制振荡器频率，因此采用内部振荡器具有优势。

图3：积分器将噪声强制推移到更高的频率上。

由于数据延迟，当前输出结果落后于输入一个采样周期。凌特公司所有无延迟Δ-Σ转换器都在一个周期内稳定，简化了多路复用应用。

Δ-Σ ADC虽然本质上很简单，但是配置这种ADC却常常是一个复杂的过程，如要写很多指令、平衡输入级的复杂性和选择外部振荡器。凌特公司的Δ-Σ转换器没有校准序列、配置寄存器、滤波器稳定时间和外部振荡器，降低了设计的复杂性。每个转换周期中都执行透明的偏移和满标度自动校准，以确保高准确度，而高准确度则保证能够分辨出1克或0.01度的差别。

作者：Steve Logan

产品行销工程师

凌特公司