高分辨率信號采集如何選擇精密ADC

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2023-04-11 07:21:28 833

電子發燒友網報道（文/李寧遠）此前我們已經介紹過高速ADC的應用與市場發展，與高速ADC相反，精密ADC并不追求采樣速率的拔高，而是將分辨率做到*。ADC的分辨率指的是模數轉換器所能表示的最大數是多少，即ADC的位數。

如果ADC分辨率越高，那么器件對模擬量的測量范圍就可以分得越細，分辨量化的最小信號的能力越高。分辨率越高的ADC可以將滿量程里的電平分出更多份數，得到的結果就越精確，得到的數字信號經過DAC轉換后才能更接近原來輸入的模擬信號。

精密ADC架構選擇

高分辨率ADC在架構的選擇上，過采樣Delta Sigma架構一定是大家最熟悉的，它是近些年使用最為普遍的高分辨率ADC架構，能產生16至24位以上的分辨率，在分辨率達到20位以上的ADC里是必選的架構。

從TI和ADI的在售的20位以上的精密ADC系列上來看，所有精密ADC均采用高分辨率的Delta Sigma調制器加上可編程濾波器實現，該濾波器是可以針對應用要求進行優化的。除了高分辨率性能，Delta Sigma架構還具有較高的穩定性。雖然轉換速率并不是精密ADC的強項，但是在轉換速率上Delta Sigma ADC也能覆蓋很廣的范圍，從100SPS到10MSPS都可以實現。

總的來說Delta Sigma ADC功耗水平處于各架構中的中等水平，但集成度往往非常高，通常能夠取代數據采集系統中的多個組件。不過與其他架構相比，Delta Sigma ADC架構有一個劣勢在于會出現周期延遲。

SAR ADC是精密ADC中另一種架構選擇，在分辨率上的上限沒有Delta Sigma架構高，但是性價比很高，它既可以實現不錯的轉換速率，也可以實現不錯的分辨率。也就是說SAR ADC性能變化范圍很大，分辨率可以覆蓋到20bits以下的各種分辨率，轉換速率也可以從1KSPS覆蓋到5MSPS。足夠靈活的性能使其在通用混合信號電路里備受歡迎。

Delta Sigma ADC對比SAR ADC

SAR和Delta Sigma拓撲架構之間的一個關鍵區別在于輸入信號的采樣如何與數據轉換結果相關。

SAR ADC是在特定時間點進行采樣或采集輸入“snapshots”并捕獲信號電平，然后再執行轉換。SAR ADC在單次轉換時僅進行一次信號采樣，采樣受到開始命令控制，所以可以很精確地控制采樣發生的時間點，因此SAR ADC可以提供非常低的延遲結構，并能將其用于同時包含連續和不連續信號的應用，尤其是需要采樣與外部事件同步的應用或者需要快速瞬態捕捉的應用。

Delta Sigma ADC則是在一段時間內連續的采集信號，然后輸出特定時間段內與樣本平均數相對應的轉換數據。也就是說，轉換器會對多個樣本做類似取平均值的操作（該操作在濾波器中實現），來得出轉換結果。當器件需要高分辨率轉換連續信號的時候，Delta Sigma ADC是最佳的選擇。

精密ADC應用

音頻信號是對ADC精度要求極高的一類應用，這也涉及ADC的諧波失真和信噪比，好的音頻信號采集效果是可以“聽出來的”。

再者是感知方面的應用，傳感器各類設備都對采樣ADC的分辨率和速度有一定要求，在物聯網領域，對這兩要求的限制不高，很多種類的ADC都可以采用，SAR ADC在性價比上的優勢在這類領域有很多應用。

感知上的需求再往高精度傳感發展，高精度的測量儀器領域那就對ADC分辨率的要求很嚴苛了，比如數字成像和醫療成像等應用，對分辨率位數的要求就會再拔高一層。

小結

隨著現在各種新興傳感應用的不斷涌現，新的采樣需求也在不斷被挖掘，根據具體的應用需求，采用合適精密ADC結構，才能取得最具性價比的采樣效果。

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