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1、delta-sigma型ADC的数字滤波器应用事项1、delta-sigma型ADCdelta-sigma型ADC以很低的采样分辨率（1位）和很高的采样速率将模拟信号数字化，通过使用过采样（Oversampling）技术，噪声整形和数字滤波技术增加有效分辨率，然后对滤波器输出进行采样抽取（Decimation）处理得到输出结果。delta-sigma型ADC采用简单的模拟电路（仅一位量化器和一位数模转换器）和大量的数字信号处理电路，造价低廉却具有高可靠性，能在低频下获得极高的线性度和分辨率。为了适应不同应用场合对响应时间，噪声滤波等性能的不同要求，delta-sigma型ADC通常允许用户对滤
2、波器的结构和性能进行一定的编程组态。2、数字滤波与模拟滤波与传统的模数转换器相比，delta-sigma型ADC具有独特的内置数字滤波器，分为FIR（有限冲击响应）和IIR（无限冲击响应）两种；FIR是非递归型，输出仅依赖于过去至当前的输入，IIR是递归型，输出是过去至当前的输入与输出值的函数。数字滤波发生在模数转换后，它能消除模数转换过程中产生的噪声（特别是量化噪声）；数字滤波比模拟滤波容易实现可编程性，依靠数字滤波器设计，用户可以编程转折频率和输出更新速率，对工频干扰(50Hz,60Hz)很容易取得90100dB以上的抑制效果。典型地，delta-sigma型ADC数字滤波器采用一个低通S
3、INC(3)滤波器，它的响应与平均滤波器有相似之处，数字滤波器输出速率对应于第一个陷波频率，陷波位置多次在第一个陷波频率的倍数处重复，并在这些陷波处提供高于100dB的衰减。下图是输出速率（陷波频率）为60Hz的频响曲线。具体应用中在ADC前端进行模拟滤波，主要作用是抗混叠。过采样转换技术使得防止混叠所需要的滤波变得十分简单：只须滤除频率为调制器采样速率（多倍于奈氏频率）整数倍的输入噪声，因为数字滤波器不能抑制该频带的信号；另外在输入接近满标度范围的信号时，模拟滤波可避免有用带宽外的差分噪声叠加，使调制器和数字滤波器饱和这种情况也可以采用降低输入通道电压的方法，使之为输入通道满标度范围的一半，
4、这样动态范围降低1倍而超范围性能增加1倍。总之，与没有片内滤波的传统转换器相比，delta-sigma型ADC对前端模拟滤波器的要求已大大降低。2、采样速率、输出速率和稳定时间delta-sigma型ADC的采样速率指前端调制器的过采样速率,是奈氏采样速率的多倍。采样速率 2过采样倍率转折频率由于前端采样速率远高于香农采样定理的要求，ADC一般进行抽取后再输出：输出速率 采样速率/ 抽取倍率抽取倍率要小于过采样倍率，否则将违反香农定理。用较低的抽取倍率，可以使数据输出速率远高于奈氏采样速率。多数delta-sigma型ADC允许编程设置数据输出速率和3dB参数，但这通常是改变过采样倍率、抽取倍
5、率和滤波器结构来实现的，因此对转换器的有效分辨率和信噪比会同时产生影响。稳定时间是指转换器对阶跃输入信号的响应，输出达到稳定所需要的时间。稳定时间与滤波器的转折频率（3dB带宽）有关：转折频率越低，稳定时间越长。从上面的SINC(3)型滤波器频响图可看到，数据输出速率为60Hz时，转折频率为15.7Hz。满标度阶跃输入时，SINC(3)滤波器的稳定时间为输出周期（1/输出速率）的34倍；在多路开关应用中，从一个输入通道切换到下一通道，一段时间内两个输入通道的采样数据会在数字滤波器内并存，滤波器输出的数据无效。3、新型数字滤波器由上面的分析知道，单纯的SINC(3)型滤波器不能兼顾快速响应之要求
6、，不适应多通道切换的场合。基于这样的原因，一些新型delta-sigma ADC改变了数字滤波器的结构。ADS1216设计有三种滤波组态：快速稳定，SINC(2)和SINC(3)，三种滤波方式的性能比较见下图。当切换通道时，首先采用稳定时间为单个转换周期的快速稳定滤波，接下来的两个周期转换相继应用SINC(2)滤波和SINC(3)滤波；这样就兼顾了SINC(3)滤波器性能和快速响应两方面要求。ADS1240的滤波器不同于SINC(3)型滤波器，设计为专用于高分辨率的低频测量场合。其输出速率为15Hz时，滤波器的转折频率近似为15Hz，同时对50Hz和60Hz的工频干扰提供高于90dB的抑制这样既能保证单周期稳定转换，又能保证转换结果具有高分辨率。下图是该滤波器在输出速率为15Hz时的频响图。
delta_sigma ADC 数字滤波器
