電子秤優(yōu)化數據轉換參數

優(yōu)化數據轉換參數

  前面提及的模數轉換器，高分辨率和高速度一直是矛與盾的問(wèn)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(shí)踐中繼續研究。

    首先，如圖1所示的一個(gè)傳統ADC頻域傳輸特性中，輸入一個(gè)正弦信號，按照Nyquist定理，以?xún)杀队谳斎胄盘柕念l率Fs采樣。根據快速傅里葉變換(FFT)分析可得一個(gè)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(gè)N位ADC，SNR可由公式：SNR=6.02N+1.76dB得到。在傳統ADC中，改善SNR的辦法是增加位數。

 ∑．△型ADC把大部分轉換過(guò)程轉移到了數字域因而顯現其優(yōu)勢，它更接近于數字器件，成本低廉且把高性能模擬與數字處理融合在一起，在整個(gè)電壓范圍內實(shí)現高水平的線(xiàn)性化，噪聲整形功能使低通數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(chēng)重儀表廣泛采用。

 如果將采樣頻率提高到kFs，利用過(guò)采樣系數k，FFT分析顯示噪聲基線(xiàn)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?！疲鬓D換器正是利用了這一原理，采用過(guò)采樣在多個(gè)頻率段分散量化噪聲，它與△．∑調制器一起整形噪聲，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轉換器能夠從一個(gè)低分辨率ADC獲得寬動(dòng)態(tài)范圍，圖2即是以k

倍采樣頻率經(jīng)過(guò)E-A轉換器的濾波效果。

 一階的∑．△調制器在每?jì)杀兜倪^(guò)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，可以提供更高階數的量化噪聲成形。例如，一個(gè)二階E-A調制器在每?jì)杀兜倪^(guò)采樣率下可改善SNR 15dB，三階E-A調制器在每?jì)杀兜倪^(guò)采樣率下可改善SNR 2ldB。

    雖然△．∑轉換器的zui終精度主要取決于基準電壓的精度，但為了追求優(yōu)化數據和*轉換結果，并非易事。隨著(zhù)抽樣、調制時(shí)鐘和PGA的調整，相同數據速率在性能方面的表現會(huì )有所不同。另外一些問(wèn)題還包括輸入阻抗、濾波器響應、抗混疊以及面對長(cháng)期漂移等問(wèn)題，需要耐心地選擇正確的參數。