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哪个更好: SAR还是Δ-Σ型ADC?

作者:Maithil Pachchigar时间:2014-04-18来源:电子产品世界收藏

  用于工业、仪器仪表和医疗设备中的高性能数据采集信号链要求具备高动态范围和精确的信号测量能力,同时还要应对苛刻的空间限制,以及散热和功耗等设计挑战。 获得较高动态范围的一种方法,是对转换器过采样,以便精确监控并测量来自传感器微弱和强烈的输入信号。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/236760.htm

  过采样是一种高性价比的过程,以大幅高于奈奎斯特频率的速率对输入信号进行采样,提升信噪比(SNR)和有效位数(ENOB)。 原则上讲,对进行4倍过采样可额外提供1位分辨率,或增加6 dB的动态范围(DR)。 由过采样而获得的DR改善为:

  ΔDR = log2 (OSR) × 3dB

  在很多情况下,过采样是集成数字滤波功能的所固有的特性,其调制器时钟速率通常比信号带宽高32至256倍。 但要求在输入通道之间具有更高的开关速度时,便难以实现过采样。

  (逐次逼近型寄存器)还常用于通道多路复用架构中——这些架构要求在接近满量程(最差情况)幅度时对步进输入作出快速响应,而不会产生任何建立时间方面的问题。 然而,这会极大提高驱动放大器的要求。 为了能在输入端建立来自开关电容DAC阵列的反冲,放大器必须具备极为优秀的带宽、压摆率性能,以及良好的输出驱动能力。 若非如此,那么输出响应便会表现出非线性。

  高吞吐速率的 ADC确实允许进行过采样。 这种情况下,低噪底(通过低RMS噪声和高吞吐速率组合实现)和高线性度尤为重要。 某些高性能SAR ADC提供更高的带宽、高精度和较短时间窗口内的离散采样能力,可用于快速控制和测量应用。 以较小的封装尺寸提供高吞吐速率以及低功耗有助于设计人员应对空间、散热、功耗和其他重要设计挑战——高通道密度系统中经常会遇到这些挑战。

  虽然两种ADC拓扑都能精确测量低至直流的信号,但SAR架构通常还允许利用吞吐速率来调整ADC内核功耗。 这项功能至少可降低50%功耗,有助于满足散热要求。 与之相反,型ADC的功耗一般是固定的。 比如ADI公司的5MSPS、18位SAR ADC AD7960,便是一款具有功耗调节能力的高吞吐速率产品。

  采用SAR ADC进行过采样可以改善抗混叠性能,降低噪声。 放置在ADC之前的低通滤波器可最大程度降低混叠;同时它还能通过限制带宽而降低噪声。 型ADC具有高采样比以及数字滤波器曲线,因此可最大程度降低其模拟输入端的抗混叠要求。 对ADC调制器进行过采样可降低总噪声。

  SAR架构无延迟或流水线延迟,可实现快速控制环路设计。 诸如AD7960等SAR ADC相对满量程输入本底具有最低的噪底,从而SNR更高,线性度性能出色。 即便如此,它也无法像Δ-Σ型ADC那样提供接近直流(50/60Hz)的1/f噪声抑制能力。 提升ADC的动态范围还有很多别的方法,比如并联连接ADC,并使它们交错。 然而,有些设计师可能会觉得这种方法太麻烦,或者觉得不能在他们的系统中实现——这主要是因为功耗、尺寸以及成本的限制。

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关键词: SAR ADC Δ-Σ

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