資料轉換器:ADC 與 DAC

三角積分 ADC(sigma-delta ADC)

/ SIG-muh DEL-tuh /

三角積分 ADC 以令人驚訝的解析度——20、24 位元——達標,靠的是以速度為代價並運用一個反直覺的想法:它不精確地量一次輸入,而是粗略卻量上數百萬次,然後平均。就像用一台粗糙的秤量一封信,快速地把它放上放下數千次再平均讀值——每一瞥都粗糙,平均卻細緻無比。這使它成為慢速、精密工作的冠軍:磅秤、溫度、音訊與電橋感測器。

它靠結合兩個訣竅運作。第一,過取樣:它取樣得遠快於奈奎斯特所需,常快上數百或數千倍,把量化雜訊攤在巨大的帶寬上,使其中只有一小片落進你的訊號帶。第二,雜訊整形:一個含積分器的回授迴路,刻意把量化雜訊往「高」頻推,遠離你的低頻訊號、推向帶寬頂端,再由一個數位濾波器把它丟掉。前端可以簡單到驚人——常常只是一個 1 位元比較器——然而大量的過取樣與整形救回許多真實位元。一個數位抽取濾波器把那快速的 1 位元串流平均成一個慢速、高解析度的數字。

為何重要,以及誠實的取捨:這就是你如何便宜地取得 24 位元乾淨、低雜訊的量測,而且額外的好處是,大量過取樣讓類比抗混疊濾波器溫和到無足輕重。代價是速度與延遲。因為它必須取許多樣並跑一個數位濾波器才產生一個輸出,三角積分很慢——輸出率從數赫茲到數百 kHz——而濾波器引入延遲,使它不適合快速、單發或多工的量測,那些是 SAR 或快閃發光之處。當解析度與安靜比速度更重要時,用它。

一個三角積分音訊 ADC,或許讓它的 1 位元調變器跑在 6.144 MHz(在 48 kHz 輸出之上過取樣 128 倍),並讓數位濾波器把那快速位元串流抽取成 48 kHz 的 24 位元取樣。那粗糙的 1 位元前端,經過用力平均,產出 20 多個誠實的位元。

粗略卻極快地量測,把雜訊整形推走,再平均。

三角積分以速度與延遲為代價買來解析度與安靜。數位濾波器的延遲與緩慢的輸出率,使它不適合快速暫態或快速切換(多工)的通道——那裡 SAR 才是對的選擇。

又称
delta-sigma ADCoversampling ADCΣ-Δ ADC三角積分轉換器過取樣 ADC