作者 Alison Steer 凌力尔特公司产品商场司理混合信号产品
导言
现在，高精度模数转化器 (ADC) 商场主要由 ΔΣ ADC 供给支撑，这得益于其高动态规模、精准DC功能及合理的价格。依照规划，ΔΣ ADC选用一个ΔΣ调制器和一个坐落该调制器之后的数字抽取滤波器对输入信号进行过采样，因此发生低噪声、但缓慢的输出数据速率。过采样的一个额定优势是可以极大地简化外部模仿抗混叠滤波器，然后依靠数字滤波器以决议通带中的频率呼应。
1 SAR ADC技能及相关产品
凌力尔特的新式SAR ADC技能把更高的功能带给了精准型运用，在DC标准方针(INL、DNL、偏移、增益差错和安稳性)方面可比美最佳的ΔΣ ADC，一起坚持高采样速率和无推迟操作。快速采样SAR ADC常用于对低带宽信号施行过采样。传统的过采样答应运用一个抽取滤波器 (低通滤波器+降频采样)，这添加了体系的动态规模。过采样的另一个优点是放宽了对模仿抗混叠滤波器的要求。在未选用过采样的场合，模仿抗混叠滤波器必需具有峻峭的滚降(峻峭的过渡频带)，由此添加了其复杂性。作为一种挑选，过采样答应运用一个简略的低阶模仿滤波器与一个数字滤波器的组合以构成一个具十分峻峭滚降的等效混合形式抗混叠滤波器。可是，因此支付的价值是该滤波使命的担负被加到了主机处理器上，并需求选用一个速度较快的处理器以快得多的速率从ADC输出收集数据。
因此，凌力尔特正以不同的办法挨近高精度商场;将其专有SAR ADC架构的高准确度和速度与集成型数字滤波器相整合。最新推出的产品是LTC2508-32和LTC2512-24。LTC2508-32是一款具集成型引脚可装备数字滤波器的32位1Msps SAR ADC，专为低带宽、高精度运用而优化。LTC2512-24 是一款具集成滤波器的24位、1.6Msps SAR ADC，其专为较高带宽运用而优化。LTC2508-32在61sps的最慢输出速率下完成了145dB的动态规模，而LTC2512-24的方针则是在50ksps输出速率条件下供给117dB的动态规模。
ΔΣ ADC的一个重要方面是调制器的输出不是直接可用的。就是说，它是一种具整形量化噪声和十分低SNR的低分辩率信号。人们选用各种不同的办法对ΔΣ调制器的量化噪声进行整形，将其推送至一个较高的频率(在此频率上更简单滤除量化噪声)，而让重视的信号占有滤波器通带中的较低频率。接着，对调制器的输出进行低通滤波以发生可用的转化成果。不过，由于其架构的实质，ΔΣ调制器因其输出频谱中的寄生腔调而遭到危害。虽然它们或许很尽力，可是来自调制器的寄生腔调依然会(而且的确)出现在通带之中。
在存在这些毛刺信号的状况下企图查找一个小信号几乎是不或许的。逐次迫临寄存器型(SAR)ADC不会遭受该缺点之苦，而且具有一个挨近抱负的白噪声功率谱。这将使得 SAR ADC 成为检测处于十分低能量水平的腔调或振动之一种更佳挑选。可是，许多SAR ADC在16位至18位分辩率水平上依然由于DC搬运函数中的不连续性而遭到危害，因此献身了DC功能。
2 LTC2508-32和LTC2512-24
LTC2508-32和LTC2512-24具有杰出的线性特性，无漏失码。这使得运用可以充分使用经滤波之输出数据的巨大动态规模。
凭仗仅为 22nVRMS/√Hz 的噪声频谱密度，LTC2508-32 在 24 位或 32 位分辩率下可供给优于任何同类竞赛 ADC 解决计划的噪声功能 (图 1)。与ΔΣ 调制器输出不同，这款凌力尔特 SAR ADC 的输出具有平整的噪声功率频谱密度，没有需求敷衍的腔调。这意味着数字滤波器可针对终究运用的要求 (而不是以滤除调制器噪声和腔调为意图) 恣意地规划。LTC2508-32 滤波器是一种“扩展sinc”架构，代表了在阻带按捺和安稳时刻之间的一种慎重挑选的平衡。LTC2512-24 数字滤波器具有延伸至fO/4 (奈奎斯特区的一半) 之“不打扣头”的 0.001dB 通带平整度。LTC2512-24 滤波器过渡区和阻带衰减不如许多ΔΣ 滤波器那么赋有“侵略性”，因此可完成较快的安稳和较小的时域人为搅扰。再一次地，使这样的滤波器具有实用性正是由于没有腔调。
LTC2508-32 供给了4个引脚可选的抽取滤波器，这些滤波器的特性列于表 1。4个不同的抽取滤波器使得规划师可以根据运用的挑选在带宽和噪声之间进行权衡。关于 LTC2508-32 的每种装备，该数字滤波器是一种具线性相位呼应的低通有限脉冲呼应 (FIR) 滤波器。数字滤波器的输出随后使用对应的降频采样因子(DF)进行降频采样。所以，终究发生的输出数据速率(fO)等于fSMPL/DF。在每种抽取滤波器挑选中，-3dB 带宽与所选的 DF 值成反比。关于处在fO/2至fSMPL–fO/2 规模内的频率，每种装备供给一个最小80dB的衰减。降频采样因子每添加 4 倍，ADC 动态规模扩展约 6dB，然后发生一个从131dB (在DF=256)至高达145dB(在DF=16384)的动态规模。这相当于一个 24 位的有效位数 (ENOB)。需注意的是，ADC 成果受限于一个质量特性噪声进程 (即：热噪声)，而非其量化噪声，这一点很重要。这意味着 ADC 应供给比 ENOB 至少多几个位，关于一个 32 位输出字，LTC2508-32 供给满足数量的位，以选用整数字节来代表经过滤波的数据。
LTC2508-32的输出一直在10个输出采样中彻底地安稳，这与DF无关。当降频采样因子添加时，带宽减小，然后约束了噪声并随后扩展了动态规模。当选用一个数值为256的降频采样因子时，滤波输出的-3dB带宽为480MHz，并发生一个3906sps的输出数据速率。在16384 的最高DF条件下，-3dB带宽是很窄的7.5Hz，可供给最高的噪声滤波水平，并发生61sps 的最慢输出数据速率。
此外，LTC2508-32还供给了双数据输出流，即：输入信号的32位数字滤波版别，和一个直接来自前端SAR转化器的无推迟、22位复合输出。无推迟输出字由一个代表差分输入的14位代码和一个代表输入共模电压的8位代码组成。无推迟输出在操控运用中特别适用于输入信号的快速盯梢和供给针对不断改变之负载状况的即时反应。别的，它还可用于监督输入信号的质量和指示体系毛病 (例如：经过检测有或许被数字滤波器躲藏的强噪声或振动信号)。该信息可与8位共模值组合运用以供给预见性保护。共模电压的改变或许表明会使上游受扰，然后导致潜在的设备毛病。关于规划人员来说，这看似两个ADC合为一体，供给了输入信号的彻底匹配表明，并不受失配或漂移问题的限制。
LTC2512-24供给了与LTC2508-32的许多相似之处，具有4个引脚可选的抽取滤波器，如表 2所示。图2示出了数字滤波器从DC至fO(输出数据速率)的起伏呼应。支4至高达32的降频采样因子，降频采样因子每添加两倍将完成3dB的动态规模改进。LTC2512-24具有相同的22位复合代码输出，可供给输入信号一种近乎抱负的实时表明。关于LTC2512-24，输出一直在35个输出采样中彻底地安稳。
LTC2508-32 是一款面向地震学运用以及石油和天然气勘探的极佳候选计划，在此类运用中 ADC 有必要分辩“埋藏”于噪声中的极低电平信号。LTC2512-24 的较宽带宽和平整通带或许更适合于心电图 (EKG) 等医疗仪器，此类仪器既获益于滤波输出的高动态规模，一起又可使用无推迟输出以供给比如探头方位等实时信息。关于任何选用了一个有必要对输入信号中的改变 (其经过较慢的滤波输出将不会当即显示出来) 做出快速反应的操控环路的精准型运用而言，这些 ADC 是抱负的挑选。
本文来源于《电子产品世界》2017年第2期第66页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
