增量式Σ-Δ ADC_增量式adc

增量式Σ-Δ ADC原理

增量式Σ-ΔADC可以认为是传统的Σ-Δ ADC工作在瞬态模式，每完成一次量化之后， 需要将调制器和滤波器进行复位，消除上一次量化状态的信息，保证每次量化的初始状态是相同的。
一阶增量式Σ-Δ ADC需要2^N个量化周期数来实现N位的量化精度，因为在每个周期内，它只能积累一部分精度，需要多个周期来达到所需的总精度级别。对于高阶Σ-Δ ADC，由于它们具有更多的积分级别，可以在较短的时间内实现相同的量化精度。

传统Σ-Δ ADC

Σ-Δ ADC的工作原理是将输入信号进行高频率调制（通常是过采样），然后通过数字滤波器进行信号恢复和降噪。量化精度通常以位数（比特数）来表示。N位的量化精度意味着ADC能够将输入信号分成2^N个不同的离散值。
一阶Σ-Δ ADC的核心是一个一阶积分器，它积分并累积输入信号和调制信号的乘积。这个积分过程是一个累积的过程，需要时间来逐步减小误差并实现更高的量化精度。

相对于传统Σ-Δ ADC，增量式Σ-Δ ADC优点：

（1） 具有精确的高增益。
传统Σ-Δ ADC中，基带内的量化噪声功率为常数， 随着输入信号幅值的减小，SNR下降。而增量式Σ-Δ ADC的原理是量化输入信号的幅值，因此在每个输入幅值范围内，其量化精度都是保持不变的。

传统Σ-Δ ADC主要是量化模拟信号的差值或变化，而不是直接量化输入信号的幅值。这意味着传统Σ-Δ ADC关注的是信号在时间上的微小变化，也称为信号的一阶导数。传统Σ-Δ ADC通过Σ-Δ 调制器来不断积累和量化信号的变化，从而在数字领域中生成一个高精度的数字表示。
增量式Σ-Δ ADC的原理是量化输入信号的幅值，而不是量化信号的变化。它通过Σ-Δ 调制器来直接测量输入信号的幅值，并将其量化为数字表示。这种方法可以确保在不同的输入幅值范围内保持相同的量化精度。
（2） 高线性度。
在增量式Σ-Δ ADC中，每次量化之前都进行一次复位，消除前一个量化状态的信息，因此对输入信号幅度范围的内的信号，都能够进行精度相同的量化，线性度高。
（3） 低失调误差。
增量式Σ-Δ ADC需要采用专门的电路和时序用于消除失调误差。
（4） 一阶增量式Σ-Δ ADC需要2^N个量化周期数实现N Bit的量化精度。增量式Σ-Δ ADC可以进行高阶扩展，增量式Σ-Δ ADC可以用很低的量化时间实现高精度。
（5） 可以采用结构简单的滤波器结构。由于增量式Σ-Δ ADC的输入信号频率极低，相对于采样频率而言，可以认为是DC量。 可以采用级联的数字积分器来实现对调制器的输出进行滤波，并且不需要抽取滤波器降采样。

积分器低通滤波作用

积分操作将输入信号的瞬时值累积起来，这意味着高频分量在时间上会被积累并消失，因为高频信号的快速变化会导致积分结果趋向于零。相比之下，低频信号的变化较慢，它们的累积值不容易趋近于零，因此可以保留在积分器的输出中。
积分器的性能也与其时间常数（或积分因子）有关。时间常数决定了积分器对信号变化的响应速度。较大的时间常数会导致更强的滤波效果，但也会导致较长的时间延迟。较小的时间常数允许更快的响应，但在高频信号中可能保留一些噪声。
积分器的积分操作会导致高频噪声分量逐渐减小，因为高频信号的变化速度很快，而积分器会对其进行累积并抑制。相反，低频信号的变化速度较慢，因此它们在积分操作中能够被有效保留。这使得积分器成为一种有效的低通滤波器，适用于去除高频噪声并保留低频信号分量的应用。