深入解析：模擬前端模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的三種類型

模擬前端中三種最常見的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器類型為逐次近似型(a)、管線型(b)和△-Σ型(c)。

以下這些框圖極其簡單地描述了這些不同的架構(gòu)概念。

a.在逐次近似模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，模擬輸入電壓通過采樣保持技術(shù)得以“定格”。然后，N位寄存器被設(shè)置成中幅模式：寄存器的最高位被設(shè)置為1，使得數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出可達(dá)到中階值。

如輸入電壓高于數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出電壓，比較器輸出為真且最高位仍為1。但如果輸入電壓低于數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出電壓，寄存器的最高位將變?yōu)檫壿?。

轉(zhuǎn)換器控制邏輯將轉(zhuǎn)到下一個位，促使該位增高并執(zhí)行另一個比較，直至到達(dá)最低位。當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時，N位數(shù)字將會出現(xiàn)在寄存器中。請參閱相關(guān)插圖

圖1

b. 在管線型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，每個平行階段進(jìn)行一位逐次采樣或同時進(jìn)行多位逐次采樣。模擬輸入適用于采樣保持，一階模/數(shù)轉(zhuǎn)換器使其轉(zhuǎn)換成3位。然后輸入一個小型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，從采樣保持輸出值中產(chǎn)生模擬輸出。“殘留信號”被放大，然后輸入下一階，如此繼續(xù)。移位寄存器及時調(diào)整各階位值并將組合采樣傳遞給糾錯邏輯器。請參閱相關(guān)插圖

圖2

c.△-Σ轉(zhuǎn)換器不是簡單地直接進(jìn)行時域分析，更多情況下用于頻域分析。(www.intersil.com/data/an/an9504.pdf中的Intersil Applications Note 9504介紹了一種詳細(xì)的數(shù)學(xué)分析法。)可以說，對輸入信號進(jìn)行粗略超采樣(采樣目標(biāo)遠(yuǎn)高于Nyquist值，以便獲得最大關(guān)注輸入頻帶)可排除混淆現(xiàn)象。更重要的是，它將量化雜訊(將連續(xù)輸入信號變成一連串非連續(xù)信號所產(chǎn)生的分辨誤差)的頻率成分以更大的帶寬進(jìn)行傳播。這樣就降低了量化雜訊的平均級別并提高大部分雜訊的頻率。多數(shù)雜訊可通過急速減弱數(shù)字濾波器的關(guān)注頻帶進(jìn)行消除。請參閱相關(guān)插圖

圖3