電子秤優(yōu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)

 優(yōu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)

    前面提及的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，高分辨率和高速度一直是矛與盾的問題。24位的ADC放在25年之

前是不敢想象的，今天我們除崇拜這一成果外，還應在實踐中繼續(xù)研究。

    首先，如圖1所示的一個傳統(tǒng)ADC頻域傳輸特性中，輸入一個正弦信號，按照Nyquist定理，

以兩倍于輸入信號的頻率Fs采樣。根據(jù)快速傅里葉變換(FFT)分析可得一個基頻和一系列頻率分

布于DC到Fs/2之間的隨機噪聲，這就是所謂的量化噪聲，主要是由于ADC的有限分辨率而造成

的。我們所必須的信號噪聲比( SNR)，就是基頻信號的功率與所有頻率的噪聲的功率之和(RMS)

昀比值。對于一個N位ADC，SNR可由公式：SNR=6.02N+1.76dB得到。在傳統(tǒng)ADC中，改善

SNR的辦法是增加位數(shù)。

    ∑．△型ADC把大部分轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)移到了數(shù)字域因而顯現(xiàn)其優(yōu)勢，它更接近于數(shù)字器件，成本

低廉且把高性能模擬與數(shù)字處理融合在一起，在整個電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)高水平的線性化，噪聲整形功

能使低通數(shù)字濾波器能夠消除大部分噪聲并產(chǎn)生高精度的電壓測量，因而被稱重儀表廣泛采用。

    如果將采樣頻率提高到kFs，利用過采樣系數(shù)k，FFT分析顯示噪聲基線降低了，SNR值雖未

改變，但噪聲能量卻分散到更寬的頻率范圍。∑．△轉(zhuǎn)換器正是利用了這一原理，采用過采樣在多個

頻率段分散量化噪聲，它與△．∑調(diào)制器一起整形噪聲，使大部分噪聲不被包含在信號測量頻帶中，

這樣RMS就降低了，使得E-A轉(zhuǎn)換器能夠從一個低分辨率ADC獲得寬動態(tài)范圍，圖2即是以k

倍采樣頻率經(jīng)過E-A轉(zhuǎn)換器的濾波效果。

    一階的∑．△調(diào)制器在每兩倍的過采樣率下可提供9dB的SNR改善。采用更多的積分與求和環(huán)

節(jié)，可以提供更高階數(shù)的量化噪聲成形。例如，一個二階E-A調(diào)制器在每兩倍的過采樣率下可改善

SNR 15dB，三階E-A調(diào)制器在每兩倍的過采樣率下可改善SNR 2ldB。

    雖然△．∑轉(zhuǎn)換器的最終絕對精度主要取決于基準電壓的精度，但為了追求優(yōu)化數(shù)據(jù)和最佳轉(zhuǎn)換

結(jié)果，并非易事。隨著抽樣、調(diào)制時鐘和PGA的調(diào)整，相同數(shù)據(jù)速率在性能方面的表現(xiàn)會有所不

同。另外一些問題還包括輸入阻抗、濾波器響應、抗混疊以及面對長期漂移等問題，需要耐心地選

擇正確的參數(shù)。