Delta-Sigma模数转换器的优点 (1)
National Instruments设计了24位delta-sigma模数转换器（ADC）用于许多高性能的数据采集（DAQ）设备，其中就包括NISC Express系列产品，它集成了信号调理功能可以直接测量传感器。同时，基于Delta-sigma ADC采用的噪声整形和滤波技术，可以为高分辨率测量提供最高的测试精度。本文将介绍delta-sigma ADC的体系结构和SC Express用软件对滤波延迟进行自动补偿的方法。
Delta-Sigma ADC体系结构
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图1： delta-sigma (Δ -∑ ) ADC由积分器、比较器和1位DAC组成。
Delta-sigma ADC（也称为sigma-delta）的硬件体系结构包含积分器、比较器和1位数模转换器（DAC），如图1所示按序排列在一个负反馈循环中。将输入信号和取反的DAC输出相加馈入积分器电路。积分器的输出是一个斜坡信号，该信号的斜率与积分器的输入信号幅度成正比。积分器输出与比较器参考信号进行比较，产生0或1。比较器的二进制输出基于ADC过采样时钟Foversamp送入数字抽取滤波器。每个位代表积分的斜坡输出相对于比较器参考的方向，多次循环之后，位流代表输入信号的量化数值。实际上，反馈循环让DAC的平均输出匹配输入信号。数字抽取滤波器将位流进行平均，输出期望采样速率Fs下的n位采样。
Delta-Sigma与其他转换器技术有什么区别？Delta-sigma ADC与众不同之处在于它将过采样、抽取滤波以及量化噪声整形三项技术结合在一起使用。
过采样Delta-sigma ADC使用了更高的采样速率，这个采样率是给定信号所需采样速率的许多倍，比如128倍。例如，要对25 kHz信号进行采样，采样速率要求高于奈奎斯特速率（即> 50 KHz）。但是，delta-sigma ADC使用128作为过采样系数，对信号以6 MHz进行采样。这种技术具有多个优点，例如具有更好的抗混叠性能和更高的分辨率。
频域上，对信号采样实际上是使用采样频率Fs倍数的载波频率对输入信号谱进行调制（即0、Fs、2Fs、3 Fs等等）。为了确保这些经调制的输入信号谱之间不互相重叠，导致混叠，采样速率必须大于信号包含最高频率的两倍（即2Fmax），这就是奈奎斯特速率。相反，如果输入信号具有高于Fs/2（也称为奈奎斯特频率）的频率成分，这些成分将进入欠奈奎斯特频率区域，在混叠部分检测出感兴趣的信号尤为困难。混叠效应表现为噪声和信号失真。
为了抗混叠，在ADC采样之前，需要对高于奈奎斯特频率的成分进行衰减，数据采集设备的模拟前端通常使用模拟低通滤波器。对这些滤波器往往有严格的要求，比如具备砖墙特性，包括快速衰减、平稳通带等。由于这些严格的要求以及必须用模拟电路实现，滤波器设计相当困难，并且制造成本高昂。
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图2：过采样技术放宽了对模拟抗混叠滤波器的要求。
Delta-sigma ADC通过对信号进行过采样，放宽了对模拟抗混叠滤波器的要求，如图2所示。通过过采样，输入信号谱的调制部分在频域中被进一步分离，允许滤波器具有较缓慢的截止特性，从而降低了模拟抗混叠滤波器的设计难度。Delta-sigma ADC主要由数字电路组成，从而可以用硅实现，极大地发挥超大规模集成电路VLSI技术的优势。
数字抽取滤波
