17. Ацп с каскадным соединением σδ-модуляторов 1-го порядка.
Схема двухкаскадного сигма-дельта
модулятора, состоящая из двух модуляторов
1-го порядка. Сигнал ошибки
первого каскада подается на вход второго
каскада модулятора, где с ним производятся
те же операции, что и с входным аналоговым
сигналом в первом каскаде.
Выходные двухуровневые сигналы обоих каскадов подаются на линейную комбинаторную схему, которая производит с ними операции, определяемые ее структурой. Результатом этих операций (сложение, вычитание, задержка на один такт) будет появление на выходе модулятора уже не двухуровневого, а четырехуровневого сигнала с возможными значениями –3, –1, +1, +3.
В отличие от модулятора 2-го порядка, двухкаскадная схема вполне устойчива, и поведение ее так же предсказуемо, как и поведение одноконтурного модулятора 1-го порядка. Тем не менее, точность преобразования здесь гораздо выше.
Средняя величина шума квантования для многокаскадного сигма-дельта модулятора уменьшается пропорционально величине I/K2m+1, где K – коэффициент передискретизации, а m – число каскадов модулятора. величина шума на выходе многокаскадного сигма-дельта модулятора равна уровню шумов последнего каскада.
Для получения нужного значения величины шума в полосе частот преобразуемого сигнала нет необходимости использовать чрезмерно высокую тактовую частоту, а достаточно увеличить число каскадов в схеме модулятора.
На рис. 5.11 представлена обобщенная структурная схема m-каскадного сигма-дельта преобразователя. Символами «ΣΔ» на ней обозначены одноконтурные ΣΔ-модуляторы 1-го порядка. Аналоговый входной сигнал Xn поступает на вход модулятора первого каскада ΣΔ1. Ошибка квантования этого каскада поступает на вход модулятора второго каскада ΣΔ2 и так далее, до m-го каскада.
18. Многоразрядные σδ-ацп.
В некоторых случаях в схемах ΣΔ-модуляторов используют не одноразрядные квантователь и ЦАП, а многоразрядные – небольшой разрядности. К такому способу прибегают при высоких требованиях к точности преобразования и больших значениях верхней граничной частоты модулируемого сигнала. Если осуществлять преобразование одним разрядом, то тактовая частота будет высокой, возникнут сложности при реализации цифрового фильтра на выходе устройства. Применение R-разрядного квантования позволяет снизить коэффициент преобразования K в 2R раз и получить выигрыш либо в точности преобразования, либо в ширине полосы модулируемого сигнала. Например, если требуется получить 10-разрядное разрешение при квантовании аналогового сигнала с полосой до 500 кГц, то частота следования отсчетов на выходе АЦП должна быть более 1 МГц (Fд > Fн = 1 МГц). Значит при 1-разрядном квантовании тактовая частота ΣΔ-модулятора потребовалась бы не меньше, чем
Fт = KFн = 210 × 1 МГц ≈ 1,024 ГГц,
что, конечно, чересчур много. В случае же использования хотя бы 5-разрядного квантователя и ЦАП эта величина уменьшится в 25 = 32 раза, т.е. тактовая частота ΣΔ-модулятора составит около 30 МГц. На этой частоте (и гораздо большей – свыше 200 МГц) прекрасно работают АЦП с параллельным преобразованием. Поэтому реализация устройства затруднений не вызовет.
