лекции ВТиИТ / 01_АЦП-ЦАП

Сформированную выходную двоичную последовательность модулятора необходимо преобразовать в двоичный код заданной разрядности m (меньшей, чем в исходной выборке). Простейший способ - это использовать счетчик фиксированной разрядности m (например, 8- разрядный). Счетчик на каждой итерации (т.е. с частотой сигма-дельта модулятора fmod = Kfs) опрашивает выход компаратора и суммирует число единиц в последовательности длиной 2m – 1. В случае m = 8 такой счетчик будет обрабатывать выборки длиной 256 бит, накапливая значение n из формулы (1). Фактически он будет формировать 255 отсчетов на диапазон –Uоп… +Uоп, представляя их в дополнительном коде: 00000000 = –Uоп; 10000000 = 0 В, 11111111 = (254/255)Uоп. Причем счетчик не только преобразует (кодирует) выборку модулятора, но и сокращает число отсчетов, понижая частоту конечной выборки. Операция сокращения числа отсчетов (прореживания выборки) называется децимацией.

В реальных сигма-дельта АЦП вместо двоичных счетчиков используют цифровые фильтры-дециматоры нижних частот с конечной импульсной характеристикой (КИХфильтры).

Сигма-дельта АЦП получили широкое распространение в тех областях измерительной техники, где не требуются большие частоты дискретизации, но важно обеспечить высокую точность измерений. Выпускаемые промышленностью сигма-дельта АЦП имеют разрядность 16-24 бит и частоту дискретизации до 10МГц.

Сравнение сигма-дельта АЦП с АЦП многотактного интегрирования показывает значительные преимущества первых. Прежде всего, линейность характеристики преобразования сигма-дельта АЦП выше, чем у АЦП многотактного интегрирования равной стоимости. Это объясняется тем, что интегратор сигма-дельта АЦП работает в значительно более узком динамическом диапазоне, и нелинейность переходной характеристики усилителя, на котором построен интегратор, сказывается значительно меньше. Емкость конденсатора интегратора у сигма-дельта АЦП значительно меньше (десятки пикофарад), так что этот конденсатор может быть изготовлен прямо на кристалле ИМС. Как следствие, сигма-дельта АЦП практически не имеет внешних элементов, что существенно сокращает площадь, занимаемую им на плате, и снижает уровень шумов. К тому же сигма-дельта АЦП начинает давать правильный результат через 3-4 отсчета после скачкообразного изменения входного сигнала, что при величине первой частоты режекции, равной 50 Гц, и 20-разрядном разрешении составляет 60-80 мс, а минимальное время преобразования АЦП многотактного интегрирования для 18-разрядного разрешения и той же частоты режекции составляет 140 мс. В настоящее время ряд ведущих по аналого-цифровым ИМС фирм, такие как Analog Devices и Burr-Brown, прекратили производство АЦП многотактного интегрирования, полностью перейдя в области АЦ-преобразования высокого разрешения на сигма-дельта АЦП.