dsd13-gos / dsd-17=dacs and adcs / 10. Дельта-сигма АЦП

Лекция 10. Дельта-сигма АЦП.

Структурная схема и диаграммы выходных сигналов блоков типового  АЦП приведены на рис. 10.1, где f_в – верхняя граничная частота входного сигнала, f_s – частота дискретизации.

Рис. 10.1. Структурная схема и диаграммы выходных сигналов блоков  АЦП

 модулятор формирует частотную характеристику шумов квантования, являясь для них фильтром верхних частот. Фильтр– дециматор отфильтровывает высокочастотные шумы и уменьшает частоту выходного сигнала до частоты Найквиста (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Вид АЧХ  модулятора и фильтра–дециматора

Основные этапы проектирования  АЦП

1. Выбор структурной схемы и определение порядка модулятора и фильтра–дециматора. Первоначальная оценка порядка модулятора и фильтра дециматора производится на основе графиков, аналогичных изображенному на рис. 10.2. Исходными данными являются полоса рабочих частот входного сигнала, требуемый динамический диапазон, частота дискретизации и др. Существуют различные варианты структуры  модулятора. Они подробно описаны в специальной литературе. В лекциях рассмотрены структурные схемы  модулятора на основе двухуровневых компараторов и одноразрядного ЦАП с простой обратной связью.

2. Выбор типа и структурной схемы фильтра модулятора.

В качестве основного блока  модулятора используется дискретно–аналоговый фильтр (ФВЧ для шумов квантования), который формирует частотную характеристику шумов квантования. Для этих целей применимы различные по конструкции фильтры требуемого порядка на основе интеграторов. Коэффициенты усиления входных сигналов и сигналов в обратных связях определяются по коэффициентам передаточной функции выбранного фильтра в соответствии с описанной ранее методикой.

3. Выбор типа и структурной схемы фильтра–дециматора.

Существует много способов реализации фильтра–дециматора в  АЦП. Одним из подходов является использование многокаскадной архитектуры. В качестве первого каскада, как правило, используется нерекурсивный фильтр Sinc–типа, который убирает основные шумы квантования. Частота выходных данных такого фильтра обычно уменьшается по сравнению с частотой дискретизации  модулятора до частоты в несколько раз превышающей частоту Найквиста. В качестве второго каскада используется рекурсивный фильтр, или цепочка из нескольких нерекурсивных фильтров.

4. Построение схемы электрической  модулятора и фильтра–дециматора. Возможное построение модуляторов первого, второго и третьего порядков приведено ниже. На примере модулятора второго порядка продемонстрирована техника чоппер–стабилизации для уменьшения влияния смещения нуля и низкочастотных шумов. Методы построения цифровых фильтров подробно описаны в специальной литературе.

5. Расчет  АЦП на соответствие спецификации. Учет перегрузок и других факторов, влияющих на характеристики АЦП. При расчете следует обращать внимание не только на перегрузку выходов блоков  модулятора, но и на отсутствие малых по амплитуде сигналов, то есть выровнять амплитуды выходных сигналов внутренних узлов, используя масштабирование.