信息处理 - 为什么在 Sigma Delta 调制器中使用 1 位 ADC？ - 吾爱随笔录

信息处理采样量化模数 delta-sigma

2022-02-23 19:09:27

当查看如下所示的 Sigma-Delta 调制器的离散模型时，我们可以看到量化器被建模为白噪声源。从这个模型中，我们可以推导出调制器的噪声整形特性。 $e[n]$

Y (z) = X (z) + (1 - z^{- 1}) E (z)

$Y(z) = X(z) + (1-z^{-1})E(z)$

在典型的 Sigma-Delta 调制器中，量化器由一个 1 位 ADC（即比较器）实现。但是，离散模型不需要 1 位。那么，为什么只使用分辨率为一位而不是两位或三位的 ADC？噪声被塑造成主要出现在更高的频率，是的，但是通过选择具有更高分辨率的 ADC 来进一步降低噪声无论如何都是一个优势。

1个回答

首先，因为构建 1 位 ADC很容易。这是一个比较器。它实际上是您可以构建的最简单的 ADC。 ADC 是在 1962年发明的（或者更确切地说，是发布的）¹！ $\Delta\Sigma$

2 位 ADC 的复杂度是其两倍以上，您需要一些窗口决策：因此，如果您可以选择让 1 位 ADC 运行得更快或构建一个稍微精确的 2 位 ADC，那么您很有可能会选择 1 位 ADC，只是因为要做的模拟半导体设计更少，更重要的是，会出错！

想象一下 1 位 ADC 进行符号判定（“模拟电压是否 > 0V？”）。无论您如何缩放模拟电压（将其乘以系数），结果将始终相同。 $\alpha$

因此，基于 1 位 ADC 的\ -ADC 可以通过更改（缩放）正向链（图片来自维基百科）： $\Delta\Sigma$

您将如何更改上图以适应 2 位 ADC 绝对不明显！但是，上图非常接近原始出版物¹，因此抽象得出阈值只是一个单比特量化器。

然而，它已经完成了，有多项专利²涵盖了更高的量化方法。您必须限制前向链的带宽³，并且根据您想要实现的目标（D 类放大器、更快的 ADC、更低的功耗……），您将拥有一些巧妙的逻辑来转换ADC 输出为不同类型的反馈“脉冲”和不同类型的计数器增量。

ADC的循环内的量化中不使用超过一位是错误的；它仅适用于原始发明者的非常经典的实现。 $\Delta\Sigma$

完全反驳你的观点：市场上有很多 ADC 实际进行高阶量化；例如，Analog Devices AD9267使用九级量化器⁴（3.something 位，考虑到该量化器的 640 MS/s 的速度，这本身就是一个令人印象深刻的集成）。 $\Delta\Sigma$

¹ Inose, H.、Yasuda, Y. 和 Murakami, J.，1962。通过代码调制 - -调制的遥测系统。IRE 空间电子和遥测交易，(3)，第 204-209 页。 $\Delta$ $\Sigma$

² WO2008028142，已将多位反馈列为“现有技术”。

³ 否则，在获得任何更高的 ADC 输出之前，您总是只能获得最低的 ADC 输出，并且具有无限带宽，这意味着您已经发出一个脉冲来“重置”积分器，并且您会切勿使用ADC 的 1 位以外的任何内容。这种带宽限制通常是“非自愿”发生的，因为电子设备受到物理的限制。

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