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金手套 ADC 锦标赛――SAR 迎战

一边是当前流行的SAR ADC,另一边是相对较新的模数转换技术sum;△ADC,二者比拼的结果会是如何呢?我们要进行七轮角逐,在这七轮中将分别就以下分类项

一边是当时盛行的SAR ADC,另一边是相对较新的模数转化技能∑△ADC,二者比拼的成果会是怎么呢?

咱们要进行七轮比赛,在这七轮中将别离就以下分类项目打分:

1 转化精确性

2 转化速度

3 进犯线性

4 高低压侧转化精确性

5 差动非线性

6 积分非线性

7 量化差错

人们现已对两种技能的比拼等待了很长时间。SAR ADC 和它的新近应战技能总算可以进行1对1的比拼了。谁能终究取胜呢?SAR ADC 的特点是体形较大(采样和坚持电路),速度较快,决议性较弱;而∑△ADC 则归于轻量级选手,其采用了集成电路以及科学的办法和精确的考虑进程。

图 1:∑△ 和 SAR 拓扑

图中文字:integrator:积分器
comparator:比较器
digital filter:数字滤波器
clock:时钟

第一轮:转化精确性

精确性是由增益差错和非线性决议的。咱们在这一轮在评论的是增益差错,非线性问题将在第五轮和第六轮比拼中评论。

增益差错有两种。刻度 (scale) 信号差错是由参照差异以及输入和 ADC 之间增益通道的差异形成的,差错的巨细与信号强弱相关。偏置差错是由输入扩大器中的输入器材以及 ADC 积分电路/比较器中运用的运算扩大器形成的。

咱们在图 1 中可看到∑△的调制器(积分器、比较器和 1 位 DAC)和数字滤波器。∑△ADC 可在其前端包含可选的增益扩大器。改动扩大器的增益会改动输入采样电容的巨细。因为采样电容存在差异,因而增益不会是肯定精确的,需求 ADC 校准。为了纠正偏置和增益差错,咱们要依据零转化、正满刻度转化和负满刻度转化成果取得校准因数。

另一方面,SAR ADC 的转化精确性取决于电压参照、内部 DAC 和比较器。ADC 的内部 DAC 和比较器的精确性应和全体体系相同,任何的不精确都会导致线性差错,而这是校准所不能处理的。

在第一轮中,∑△ADC因其自身的单调性而胜出。

第二轮:转化速度

∑△转化器需求 2n 个采样来完结转化,因而转化速度取决于转化器的分辨率。分辨率越高,需求的转化时间就越长。数字音频设备一般运用的传统∑△转化器带宽约 22kHz。近期,带宽达 1MHz ~ 2MHz、分辨率达 12 ~ 20 位的∑△转化器现已上市,这些转化器一般包含四级(乃至更高)∑△调制器,并且支撑多位反应 DAC。

在SAR ADC 转化周期开始时,DAC 设为半刻度,并对待测电压和 DAC 输出进行比较。DAC 在每一步进中都进行更新,挑选下一位并进行比较。咱们经过二进制查找(“逐次迫临”)来发现输入电压的数字方式。

SAR ADC在第二轮中因其转化算法实践速度较高而胜出。

第三轮:进犯线性

差动非线性 (DNL) 和积分非线性 (INL) 这两种方式的非线性都取决于拓扑和转化器的结构。DNL 和 INL 差错不能像增益和偏置差错相同经过校准处理。

∑△ADC 的精确性取决于积分电路/比较器中运算扩大器的稳定性。假如调制器切换太快,而运算扩大器不能坚持同步,则会呈现非线性问题。

不论分辨率到达多少位,∑△ADC 自身都是单调性的。其功能是固定的,并不取决于详细的组件值或组件匹配。

就 SAR ADC 而言,线性差错是由内部 DAC 和比较器的精确性不高形成的。线性差错是 SAR 规划的副效应。

第三轮的胜出者是∑△ADC。

第四轮:高低压侧的转化精确性

∑△转化器进步了特定输出代码的非线性,这取决于抽取器中所用的 FIR 滤波器。这种非线性首要呈现在刻度端点上。端点非线性对继续数据流(如数字音频)不构成问题,但体系假如需求轨到轨线性检测,则不该运用 ∑△转化器。

SAR ADC 不会呈现较大的∑△转化器高低压侧端点不精确性问题。其端点精确性取决于内部 DAC 和比较器的轨到轨盯梢(电压合规)。

SAR ADC在第四轮在因其高低压侧的精确度较高而胜出。

第五轮:差动非线性

差动非线性差错是指实践步进和 1 LSB 抱负值之间的差异。因而,假如步长或高刚好为 1 LSB,那么差动非线性差错就为零。假如 DNL 超越 1 LSB,则转化器或许对错单片的,这就意味着输出强度会下降,而输入强度上升。在 ADC 中,也或许呈现丢掉代码的问题,如一个或多个 2n 二进制代码无法输出。

不论分辨率到达多少位,∑△ADC自身都是单调性的。其功能是固定的,并不取决于详细的组件值或组件匹配。

SAR ADC 自身不是单调性的,其功能取决于详细的组件值或组件匹配。

第五轮的胜出者是∑△ADC。

第六轮:积分非线性

积分非线性差错体现为实践转化函数与直线之间的差错。直线可所以可尽或许下降差错的最佳直线,也可所以增益和偏置差错取消后在转化函数端点之间所画的直线。对 ADC 而言,差错是两个步进之差,积分非线性望文生义便是指从下至特定步进的差动非线性之和,其决议着步进的积分非线性值。

第六轮的胜出者是∑△ADC。其规划并不取决于详细的组件匹配或组件值。SAR ADC则需求高度精确的DAC和比较器。

第七轮:量化差错

量化差错是由 ADC 有限的分辨率形成的,也是各种类型 ADC 所无法防止的缺点。它是 ADC 模仿输入电压和输出数字化值之间的化整差错。噪声就对错线性的,并从归于信号。

∑△转化器不需求抗混滤波器,因为采样率大大高于有用带宽,因而模仿输入处会呈现骤降。过采样会平衡掉模仿输入处的任何体系噪声。∑△转化器的速度较慢,但分辨率较高。

SAR ADC的首要优势在于低功耗、高分辨率和精确性。在SAR ADC中,进步分辨率会添加更为精确的内部组件本钱。

虽然∑△ADC 在多轮比拼中取胜,但评委仍是以为二者根本打平。两种转化器在特定使用中的体现很好,因而有必要依据量化信号、转化速度、转化精确性和价格来挑选∑△或SAR ADC。二者都有其用武之地。

让咱们从锦标赛的比拼中返回到实际的模仿范畴。清楚明了,在消费、轿车、医疗、到工业等各种使用中,有必要检测、扩大、调理和转化各种感应器收集的模仿信号,然后完成在数字范畴中对其加以处理。SAR和DelSig 各有优缺点,规划人员需依据不同的详细使用要求加以挑选。毫无疑问,这两种转化器在不同范畴都能发挥出各自的功效,而赛普拉斯半导体公司 PSoC 产品近期供给的可编程模仿体系带来了一款灵敏的渠道,规划人员可用其来构建多个 SAR、DelSig,乃至一起构建SAR和DelSig。

咱们从图 # 看出,软件开发工具 PSoC Creator 组件库——包含能在共同软硬件协同规划环境中装备 PSoC 器材的图形规划编辑器在内的集成开发环境 (IDE)——中供给了模仿符号。模仿可编程体系创立规范和高档模仿信号处理块的专用组合。这些块互相互联,可供给高度的规划灵敏性和 IP 安全性。PSoC Creator 软件程序供给了用户友爱型界面,可装备 GPIO 和多种模仿资源之间的模仿衔接,也能装备模仿资源互相之间的衔接,然后协助规划人员构建自己的组件,如一般包含 DAC、比较器和数字逻辑的 SAR ADC(图 #)。

可编程模仿不仅能完成可在最终时间进行计划调整的灵敏开发,一起还供给了一个恰当的渠道。不管金手套锦标赛中的输赢怎么,规划人员均能凭借该渠道进行各种测验并控制不同范畴的各种分离式模仿组件,从而构建最佳的体系。

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