Электронные промышленные устройства. Кузнецов Б.Ф. - 136 стр.

136




                            Рис. 3.28. Сигма-дельта АЦП первого порядка

       Мы видим замкнутую цепь обратной связи: вычитающее устройство, интегратор, компара-
тор (1-битовый АЦП), 1-битовый ЦАП. Этот ЦАП принимает последовательный поток данных, а
выходное воздействие ЦАП вычитается из входного сигнала. Из теории обратной связи следует,
что средняя величина напряжения на выходе ЦАП может достигать того же значения, что и на вхо-
де модулятора, при достаточном петлевом усилении. Интегратор может быть представлен в рабо-
чем диапазоне частот как фильтр, амплитуда отклика которого пропорциональна      , где f – часто-
та входного воздействия. Компаратор синхронизируется тактовыми импульсами, следующими с
частотой      , преобразуя медленный входной сигнал в сигнал переменного тока высокой частоты,
которая меняется в зависимости от среднего значения напряжения на входе. Таким образом, эф-
фективное значение шума квантования на низких частотах пренебрежимо мало, а интегратор вы-
ступает в роли «фильтра высоких частот» для шума квантования. Распределение спектра результи-
рующего шума сильно зависит от скорости квантования, постоянной времени интегратора и точ-
ности балансировки обратной связи по напряжению.
       Для различных входных величин в одном интервале квантования данные от 1-битового АЦП
мало что значат. Только когда накоплено большое число отсчетов, мы получим результирующее
значение. Если входной сигнал близок к положительному краю полной шкалы, ясно, что в битовом
потоке на выходе будет больше единиц, чем нулей, и наоборот, если сигнал ближе к отрицательно-
му краю полной шкалы, то в выходном потоке будет больше нулей, чем единиц. Для сигнала, близ-
кого к середине шкалы, количество нулей и единиц примерно одинаково.
       Сигма-дельта АЦП можно также рассматривать как синхронный преобразователь напряже-
ния в частоту и следующий за ним счетчик. Число единиц, подсчитанное в заданном количестве
отсчетов выходного потока данных, счетчик выдаст как цифровое значение входного воздействия.
Однако прямой метод накопления будет работать очень медленно, так как только за      тактов цик-
ла можно достичь -битового эффективного разрешения. Для повышения скорости преобразова-
ния применяют специальные способы распараллеливания процессов.
       Дальнейший анализ сигма-дельта АЦП лучше всего производить в частотной области, ис-
пользуя линейную операторную модель замкнутой системы автоматического регулирования —
сигма-дельта модулятора (рис. 3.29). Отметим, что здесь интегратор представлен как аналоговый
фильтр с заданной передаточной характеристикой         . Эта характеристика имеет амплитудную
зависимость, которая обратно пропорциональна частоте. Квантователь показан как каскад усиле-
ния (пропорциональное звено), предшествующий сумматору шума квантования.




                        Рис. 3.29. Линейная модель сигма-дельта модулятора