上海文通大学 SHANGHAI IIAD TONG UNIVERSITY Page.11 并行比较 (Flash) 型A/D转换器 ·由电阻分压器、电压比较器及编码电路组成， +Vref 输出的各位数码是一次形成的，是速度最快 模拟输入·R 比较器 Vin 的一种A/D转换器。图中由23=8个相等的电阻 8 Vref OR 串联成电阻分压器，产生不同数值的参考电 6 8 Vref 优先编码器 压，形成1/8UREF-7/8URE共23-1=7种量化电 R 2 Vref 平，7个量化电平分别加在7个电压比较器的反 R Vref D2 并行二进 相输入端，模拟输入电压Vin加在比较器的同 制代码输出 R Do Vref 相输入端。当Vin大于或等于量化电平时，比 EN 较器输出为1，否则输出为0，电压比较器用 Vref R 来完成对采样电压的量化。比较器的输出送 采样脉冲 到优先编码器进行编码，得到3位二进制代码 D2D1D0
Page . 11 并行比较（Flash）型A/D转换器 ▪ 由电阻分压器、电压比较器及编码电路组成， 输出的各位数码是一次形成的，是速度最快 的一种A/D转换器。图中由 2 3=8个相等的电阻 串联成电阻分压器，产生不同数值的参考电 压，形成1/8UREF -7/8UREF 共 2 3 -1=7种量化电 平,7个量化电平分别加在 7个电压比较器的反 相输入端，模拟输入电压Vin加在比较器的同 相输入端。当Vin大于或等于量化电平时，比 较器输出为 1，否则输出为 0，电压比较器用 来完成对采样电压的量化。 比较器的输出送 到优先编码器进行编码，得到 3位二进制代码 D 2 D 1 D 0 。 +-+-+-+-+-+-+- 18283848586878 V r e f V r e f V r e f V r e f V r e f V r e f V r e f RRRRRRRR 模 拟 输 入 比 较 器 V i n 76543210 E N D 2 D 1 D 0 采 样 脉 冲 并 行 二 进 制 代 码 输 出 优 先 编 码 器 + V r e f 特点：
上游文通大学 SHANGHAI IIAD TONG UNIVERSITY Page.12 双积分(Dual Ramp)型ADC 站上 计数器清零 模拟输入 T= 开始(S,断开) VREF →y,在固定的积分时间0-T期间， 积分器 d=- RC Vo 当选择T,为干扰信号周期的整 S 数倍时，对周期内平均值为零 控制逻辑 的周期性干扰有很好的滤波效 果，如正弦工频干扰。 时钟 →-VEF R/0 转换控制 脉冲源 (=V1) 相积分直至V。=0 计数器在T,期间用固定频率∫（心 d- D=T2fc= (=V2) R T=0 RC TCV REF N 若T=NTc→D= VREF V REF
Page . 12 双积分(Dual Ramp)型 ADC O I T I I O I L V v v RC T d t R v C V S v T V S 1 0 1 1 1 0 1 0 - , 2. 1, ( ) 1. 第一步， ，在固定的积分时间 期间 转换开始 断开 起始状态：计数器清零 第一步： I REF REF I I T REF O O I REF v V T T T RC v T RC V T RC v d t R V C V V S V 1 2 1 2 1 0 0 1 0 2 积分器作反相积分直至 第二步： 计数器在 期间用固定频率 )计数，则 1 ( 2 C C C f T f T I REF C I C REF C v V N T NT D v T V T D T f 1 1 2 若 当选择T1为干扰信号周期的整 数倍时，对周期内平均值为零 的周期性干扰有很好的滤波效 果，如正弦工频干扰
上游文通大学 SHANGHAI IIAD TONC UNIVERSITY Page.13 VRef+ ∑-△型 Analogue Input Tsml VRef- ·∑-△A/D转 各 2 x VRef+ 代表积分运 Difference 2 x VRef- N-Bit Filter 压波 fs 图为一阶∑ >0 & Noise Kfs(fs为Nyq Integrator shaping <0 输入VN转到输 Comparator 输出端脉冲正 fs 入的平均值 鼋 Latch 个数字滤波压 0 VRef+ 器一般用$l 1-Bit DAC 应实现低通 VRef- 至抽样电路 Clock
Page . 13 Σ - Δ 型 ADC ▪ Σ -Δ A/D转换器的核心是 Σ -Δ 调制器(Σ 代表积分运算， Δ代表差分运算 )。上 图 为一阶 Σ - Δ调制器，以过采样频率 Kf S ( f S 为Nyquist频率， K大于10)将模拟 输入 VIN转变成一串脉冲输出。调制器 输出端脉冲中“1”与“0”之比代表模拟输 入的平均值。这样的脉冲串被送入一 个数字滤波器。 Σ -Δ ADC的数字滤波 器一般用SINC (Sin(x)/x)函数的脉冲响 应实现低通滤波器。该滤波器输出接 至抽样电路，以降低输出码率。 + + D Q C o m p a r a t o r D - L a t c h 1 - b i t D A C I n t e g r a t o r F i l t e r & N o i s e s h ap i n g - f c l k = K f S O u tp u t p u l s e f= K fS fS N - B i t fS A n a l o g u e I n p u t V r e f+ V r e f- 各点电压波形（输入正弦电压）
上海文通大学 SHANGHAI IIAD TONG UNIVERSITY Page.14 过采样一噪声成形一低通滤波 ·传统ADC以Nyquist频率fs采样一单频正弦信号。FFT分析结果包 含一个单频fs和分布于DC到fs/2间的随机噪声-量化噪声；量 噪声 RMS 化噪声是由于有限的ADC分辨率而造成的。单频信号的RMS幅 度和所有频率量化噪声的RMS幅度之和的比值就是信号噪声比 fs/2 (SNR)。 (a)传统ADC以Nyquist频率采样 噪声 R 数字低 ·将采样频率提高K倍，SNR值未变，但FFT分析显示量化噪声基线 通滤波 降低了，噪声能量分散到一个更宽的频率范围。∑-△转换器利 用这一特点，对调制器输出脉冲进行数字滤波。大部分噪声被 fs/2 Kfs/2 Kfs 数字滤波器滤掉，这样，低频段量化噪声的RMS就降低了。 (6)过采样+数字低通滤波 噪声 RMS 数字低 ·积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤 ′通滤波 波器，而对于量化噪声则侧表现为高通滤波。这样，大部分量化 噪声就被推向更高的频段。和前面的简单过采样相比，总的噪 fs/2 Kfs/2 K 声功率没有改变，但噪声的分布发生了变化· (c)过采样+噪声成形+数字低通滤波
Page . 14 过采样—噪声成形—低通滤波 ▪ 传统ADC以Nyquist频率fs采样一单频正弦信号。FFT分析结果包 含一个单频fs和分布于DC到fs／2间的随机噪声-量化噪声；量 化噪声是由于有限的ADC分辨率而造成的。单频信号的RMS幅 度和所有频率量化噪声的RMS幅度之和的比值就是信号噪声比 (SNR)。 ▪ 将采样频率提高K倍，SNR值未变,但FFT分析显示量化噪声基线 降低了，噪声能量分散到一个更宽的频率范围。Σ-Δ转换器利 用这一特点，对调制器输出脉冲进行数字滤波。大部分噪声被 数字滤波器滤掉，这样，低频段量化噪声的RMS就降低了。 ▪ 积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤 波器，而对于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化 噪声就被推向更高的频段。和前面的简单过采样相比，总的噪 声功率没有改变，但噪声的分布发生了变化． fS/2 fS 噪声 RMS fS/2 KfS/2 KfS 数字低 通滤波 fS/2 KfS/2 KfS 数字低 通滤波 (a) 传统ADC以Nyquist频率采样 噪声 RMS 噪声 RMS (b) 过采样+数字低通滤波 (c) 过采样+噪声成形+数字低通滤波
上海充通大学 SHA0eAt1nTeB时IVEESITY Page.15 数字滤波和抽取 Σ-△调制器以采样速率输出Ibt数据流，频率可高达MHz量级。数字滤波和抽取的目的是从该数据 流中提取出有用的信息，并将数据速率降低到可用的水平。∑-△ADC中的数字滤波器对1bt数据流 求平均，移去带外量化噪声并改善ADC的分辨率。数字滤波器决定了信号带宽、建立时间和阻带 抑制。 ∑-△转换器中广泛采用的滤波器拓扑是SINC3,一种具有低通特性的滤波器。SINC滤波器除了滤除 量化噪声这一显著功能外，也有助于提供输出码率整数倍频上的滤波器陷波。 传统的AVD变换技术在实现极高精度（大于16位）的AVD变换器时在性能、代价等方面受到了 极限性的挑战，而且由于难以与数字电路系统实现单片集成，因而不适应VLS技术的发展。近年 来Σ-△模数转换器正以其分辨率高、线性度好、成本低等特点得到越来越广泛的应用，特别是在既 有模拟又有数字的混合信号处理场合更是如此
Page . 15 Σ-Δ调制器以采样速率输出1bit数据流，频率可高达MHz量级。数字滤波和抽取的目的是从该数据 流中提取出有用的信息，并将数据速率降低到可用的水平。Σ-ΔADC 中的数字滤波器对1bit数据流 求平均，移去带外量化噪声并改善ADC的分辨率。数字滤波器决定了信号带宽、建立时间和阻带 抑制。 Σ-Δ转换器中广泛采用的滤波器拓扑是SINC3，一种具有低通特性的滤波器。SINC滤波器除了滤除 量化噪声这一显著功能外，也有助于提供输出码率整数倍频上的滤波器陷波。 传统的 A/D 变换技术在实现极高精度（大于 16 位）的 A/D 变换器时在性能、代价等方面受到了 极限性的挑战，而且由于难以与数字电路系统实现单片集成，因而不适应 VLSI 技术的发展。近年 来Σ-Δ模数转换器正以其分辨率高、线性度好、成本低等特点得到越来越广泛的应用，特别是在既 有模拟又有数字的混合信号处理场合更是如此。 数字滤波和抽取