∑-△模数转换器工作原理及简单分析

摘要：∑-△A／D转换器是一种高精度的模数转换器，它和传统的A／D转换器不同，具有高分辨率、高集成度、造价低和使用方便的特点，并且越来越广泛地使用在一些高精度仪器仪表和测量设备中。文章从信号的过采样、噪声整形、数字抽取滤波等方面分析了∑-△A／D转换器的工作原理，对人们全面了解∑-△A／D转换器有一定的帮助。
关键词：∑-△A／D转换器；∑-△调制器；过采样；噪声整形；数字抽取滤波

A／D转换器是一种用来将连续的模拟信号转换成适于数字处理的二进制数的器件，传统的A／D转换器有双积分式、逐位比较式以及并行直接比较式等。但是在人类的科学技术发展中，传统的A／D转换器精度已经无法满足人们的需求，数据转换精度的提高已经成了必然的要求。目前16位以上的高分辨率的A／D转换器被人们大量的使用，但是采用传统的双积分式或者其他的A／D转换器无法实现高精度的目标，为了提升采集精度，人们采用了∑-△A／D转换器，在∑-△A／D转换器中，转换器的模拟部分对电路的占用较小，而且电路比较稳定，所以被越来越广泛地应用于很多仪器中。在∑-△A／D转换器中最核心的部分是∑-△调制器，它采用了远高于奈奎斯特采样频率的采样技术，即过采样技术，使量化噪声在频带内重新分配，从而使量化噪声在更宽的频带内分布，这样可以降低量化噪声获得更好的采集信号，同时，1位的量化器和噪声成形技术也应用于∑-△调制器，进一步强化了∑-△调制器的优势，可以更方便地和数字电路集成，实现真正意义上的系统集成。本文主要介绍采用过采样技术的∑-△A／D转换器。

1 ∑-△A／D转换器的原理概述
∑-△A／D转换器的工作原理，就是将初次转换后的数字信号再做信号除噪处理。模拟量进入转换器。要先在∑-△调制器中做一次求积，同时将输入的模拟量转换为数字信号，在求积以及转换成数字信号的同时，信号会夹带一定的量化噪声，使结果产生失真。采用将转换后的数字量以低频率一位一位的进行输出，同时使输出的数字量经过一个低通滤波器，将量化噪声过滤掉后再降频就可以得到比较精确的输出结果了。总体来说，∑-△A／D转换器有两大部分，模拟部分和数字部分，模拟部分是一个∑-△调制器，主要使采用过采样技术采样后信号经过调制器，使量化噪声分布更广，并且输出一位一位的数据位流，数字部分是一个数字滤波器，它对模拟部分输出的数字量进行除噪处理，滤除大部分的量化噪声，并对调制器的输出降频至奈奎斯特频率和进行进一步的量化，最终得到输出结果。图1为∑-△A／D转换器的原理图。