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sigma delta 模数转换器的基础知识

放大字体 缩小字体 发布日期:2023-03-17 16:15:22   来源:新能源汽车网  编辑:全球新能源汽车网  浏览次数:248
核心提示:2023年03月17日关于sigma delta 模数转换器的基础知识的最新消息:如图 1所示,SD-ADC 具有调制器和数字滤波器(也称为抽取滤波器)。调制器将输入模拟信号转换为数字比特流(1 和 0)。可以观察到一点,1'b1 或 1'b0 出现在调制器的每


如图 1所示,SD-ADC 具有调制器和数字滤波器(也称为抽取滤波器)。调制器将输入模拟信号转换为数字比特流(1 和 0)。可以观察到一点,1'b1 或 1'b0 出现在调制器的每个时钟边沿。

抽取滤波器接收输入比特流,并根据过采样率 (OSR) 值,在每个 OSR 时钟边沿提供一个 N 位数字输出。例如,如果我们认为 OSR 为 64,则滤波器每 64 个时钟沿(调制器的 64 个数据输出)给出一个 N 位输出。这里 N 是 SD ADC 的分辨率。


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图 1:一阶 Sigma Delta ADC 中的信号流图


调制器的工作原理 
调制器的工作原理可以用一个转换示例来解释。在表 1 中,标题 X、B、C、D 和 W 对应于图 2中方框图的信号路径中的点。对于此示例,输入 X 是 3/8 的直流输入。每个信号样本在信号路径中每个点处的合成信号如表 1所示。

请注意,每 16 个样本会出现一个重复模式,并且信号 W 在样本 1 到 16 上的平均值为 3/8,因此表明反馈回路迫使反馈信号 W 的平均值等于输入 X。


图 2:一阶 sigma delta 框图 

表格1

抽取滤波器接收数据 D,生成 N 位输出。在上面的示例中,如果平均(或 OSR)小于 16,则会出现量化误差。这是因为反馈回路没有为输出提供足够的时间来达到输入值。因此,只要输入频率非常低,Σ-Δ ADC 的精度/SNR 会随着 OSR 值的增加而提高。此外,即使 OSR 大于 16,如果 SDADC 的分辨率(N 值)小于 8,则会存在有限的量化噪声,原因是 ADC 的分辨率小于信号。
从频域的角度来看,当输入信号通过调制器时,白噪声在频域转变为高频噪声,如图图3,但信号频率没有偏移。抽取滤波器是低通滤波器,然后切断高频分量。




图 3:显示量化噪声如何转换为高通形状 


抽取滤波器的工作原理
有两种数字滤波器 – FIR(有限脉冲响应)和 IIR(无限脉冲响应) 常用于 sigmadelta 转换器后端的滤波器是 FIR,因为它具有稳定性、易于实现、线性相位响应,以及抽取可以合并到滤波器本身的事实。抽取滤波器的信号流程图如图4 所示。


图 4:抽取滤波器的信号流图

IIR 抽取滤波器的传递函数示例如下:


公式1

FIR 抽取滤波器的传递函数示例及其框图如图5所示。


图 5:FIR 滤波器框图

抽取过程用于 sigma delta 转换器以消除输出端的冗余数据。采样定理告诉我们,采样率只需要是输入信号带宽的两倍,就可以可靠地重建输入信号而不失真。



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图 6:抽取滤波器切断高频分量

然而,为了降低量化噪声,输入信号被 sigma delta 调制器严重过采样。因此,可以消除冗余数据而不会对转换结果造成失真。抽取过程如图 6中的频域所示。它表明抽取过程只是降低了输出采样率,同时保留了必要的信息。

 
关键词: 滤波器 信号 调制器


 
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