广告

一种使用连续时间Σ-Δ型转换器优化信号链的新型方法

2022-05-07 12:13:59 Benjamin Reiss,现场应用工程师 阅读:
为何应考虑使用CTSD ADC来改善我的信号链设计?相比传统架构,CTSD拓扑能够优化信号链。

问:

为何应考虑使用CTSD ADC来改善我的信号链设计?9kiednc

9kiednc

答:

相比传统架构,CTSD拓扑能够优化信号链。9kiednc

当今许多应用要求小尺寸,同时保持同样的性能。开发人员经常面临如何实现这一目标的问题并且经常要做出妥协。举例来说,通过牺牲噪声性能或精度来减小尺寸。本文探讨使用连续时间Σ-Δ型(CTSD)转换器优化设计、降低物料(BOM)成本和减小尺寸的新型方法。9kiednc

要让所需的传感器或信号达到最佳效果,必须保证信号链中的所有元件配合出色。从传感器到模数转换器(ADC)通常使用几个分立元件。除了传感器和ADC,还经常使用仪表放大器、ADC驱动器、基准电压源缓冲器和滤波器。尤其要注意的是,ADC驱动器的选择和滤波器设计通常是造成误差的来源,但这两项通常会被低估。9kiednc

9kiednc

1.(A) 离散时间ADC拓扑,(b) 连续时间Σ-Δ型转换器,(c) 通过开关电容输入级的电荷注入反冲9kiednc

9kiednc

2.DTSDCTSD的尺寸对比,显示使用CTSD ADC可以明显减小尺寸9kiednc

优化设计、降低BOM成本并减小尺寸的一种方法是使用μModule®器件。这些器件是高度集成的解决方案,包含转换器、缓冲器和无源组件。采用这种新型CTSD技术,就可以直接驱动ADC,无需将放大器用作缓冲器。此外,这种新拓扑还可以简化滤波器设计。图1显示传统的离散时间ADC (DT-ADC)和CTSD转换器之间的区别。与传统设计相比,CTSD设计可以将尺寸缩减68%。9kiednc

在传统的DT-ADC(例如SAR ADC或Σ-Δ ADC)中,会使用开关电容拓扑。ADC和参考输入端就是这种情况。这会使“采样”和“保持”两个阶段之间出现差分。它们分别对应“保持”电容的充电和放电。所以,由于寄生特性(电荷注入反冲),必须提供足够电流,以便进行充电、放电以及电荷吸收。许多传感器无法提供如此高的电流,因此需要进行缓冲。除了此功能之外,驱动器的速度还必须足够快(建立时间短,摆率高),以便解决“采样”阶段(参见图1c)结束时稳定输出,从而避免给目标信号带来更多误差。所以,对ADC驱动器的要求非常高。9kiednc

CTSD转换器具有阻性输入,可以直接由传感器驱动。如果传感器无法驱动ADC(例如,如果传感器的阻抗非常高),可以插入一个简单的放大器来实现阻抗转换。9kiednc

CTSD还有一个优势,就是它本身具有抗混叠滤波器(低通滤波器)特性。传统拓扑需要在输入端使用低通滤波器来滤除高频干扰信号。这是因为奈奎斯特准则要求采样速率必须至少为所需信号频率的2倍。如果采样速率过低,可能会出现混叠,导致干扰噪声进入信号。对于CTSD转换器本身的抗混叠滤波器特性,一种解释是:采样不是发生在调制器输入端,而是发生在环路滤波器之后。9kiednc

结论

CTSD拓扑为优化信号链提供了传统架构之外的另一种新的解决方案。此外,如果非常注重上市时间、BOM或尺寸因素,那么AD4134等ADC产品将会是一个非常不错的选择。它们具有阻性输入且本身自带滤波器属性,可以帮助简化和优化许多设计。在许多应用中,可以无需使用ADC驱动器、滤波器设计中的无源组件和基准电压源缓冲器。《模拟对话》刊登了有关该主题的系列文章,详细阐述了上述优势以及许多其他特性。9kiednc

作者简介

自2017年4月至今,Benjamin Reiss一直在ADI德国慕尼黑公司工作。他于2016年毕业于埃尔朗根-纽伦堡大学,获得纳米技术硕士学位。完成ADI公司的培训生项目后,他加入区域团队,担任现场应用工程师,为许多客户提供支持。联系方式:benjamin.reiss@analog.com9kiednc

原文标题:A New, Better Way to Optimize a Signal Chain with a Continuous-Time Sigma-Delta Converter9kiednc

责编:Franklin
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 如何在高压应用中利用反相降压-升压拓扑 对于需要生成负电压轨的应用,可以考虑多种拓扑结构,如“生成负电压的艺术”一文所述。但是,如果输入和/或输出端的绝对电压超过24V,并且所需的输出电流可以达到几安,则充电泵和LDO负压稳压器将会因其低电流能力被弃用,而其电磁组件的尺寸,会导致反激式和Ćuk转换器解决方案变得相当复杂。因此,在这种条件下,反相降压-升压拓扑能在高效率和小尺寸之间达成较好的折衷效果。
  • 利用CMOS触发器“标签外”用法实现精密电容传感器 当涉及到药品时,“标签外”一词表明了某种药物(经常被发现)的不同于最初开发的实际而有益的用途。电子元器件也会出现这种情况,例如古老的CD4013B双D CMOS触发器。尽管将4013标记为传统的双稳态逻辑元件,但它却能用作模拟器件而具有极好的标签外潜力。
  • 意法半导体发布车规音频功放芯片,为紧急救援、远程信 FDA803S和FDA903S是意法半导体FDA(纯数字放大器)系列中最新的单通道全差分10W D类音频功率放大器。目标应用包括紧急道路救援、远程信息处理等需要音频通道产生最高10W标准输出功率的语音、音乐或提示消息的任何汽车系统。
  • 元宇宙未来:硬件技术还要多久到位? 为了实现业界技术领先大厂眼中所期望的未来“元宇宙”(metaverse)生活,如今在打造这一愿景的硬件与软件技术方面,我们还有多远的路要走?
  • 寄生效应为什么会产生意想不到的EMI滤波器谐振 这篇“电源设计小贴士”文章将探讨这些类型的寄生效应为什么会在电动汽车(EV)基于氮化镓(GaN)的车载充电器(OBC)中产生意想不到的EMI滤波器谐振。
  • 马斯克:脑机接口人体实验预计半年内开启,自己也将植入 当地时间11月30日,Neuralink举办了技术展示活动“Show and Tell”,向观众展示了一段用意念打字的技术。
  • 亚毫欧电阻在带来电流检测优势的同时也带来挑战 近年来,用于读取检测电阻两端电压的精密低压运放的出现,使得亚毫欧电流检测电阻的使用成为可能。诸如TI INA185和ADI AD8417的这些运放,具有超低电压偏移和偏置电流以及低温度系数,因此使用这种低欧姆电阻就很实用。然而,与几乎每次进步一样,都有一系列新的考虑和担忧。
  • 添加一个电阻器,为双极性LM555振荡器提供50%的占空比 即使是像555这样获得长期、广泛、流行使用的器件,有时一个假设的缺点也会发展成“常识”的状态,只是因为其中有一个简单的修复被忽略了。一个典型例子是我们经常陈述(但错误)的概念,即我们很难诱导原始(双极性)版555电路以50%占空比产生对称方波振荡。
  • 自动驾驶汽车的实现基础 汽车行业正在为2级(脚离开油门或刹车)和3级(手离开方向盘)车辆提供高级驾驶员辅助系统(ADAS)的首批实现方案,尽管从4级(眼睛离开道路)到5级(全自动驾驶)车辆的自动驾驶(AD)系统还处于努力开发当中。事实证明,这一挑战比几年前所预期的要更加困难。
  • 设计一个电子闭锁开关,将静态电流降低4倍 本电子开关设计采用瞬时按钮驱动,进而交替地打开和关闭电源。它专为电池供电设备而设计。其最简单的实现方法是使用触发器IC,例如4013。但是,本电路中通过使用4093 IC,将静态电流降低了四倍。
  • 自制回路增益测试变压器 我们可以购买测试设备,用它来检查在运行反馈回路的回路增益和回路相位属性,并且所购买的设备可以在非常宽的频率范围内提供有用的结果。然而,我所遇到的电源中的反馈回路,只需要在相当有限的频率范围内进行表征。在这种情况下,使用一些低成本元器件“自制”,效果就非常好。
  • 苹果华为三星纷纷布局,卫星通信究竟有何魅力? 那么究竟什么是卫星通信技术?是什么原因吸引各大厂商在这个领域布局?EDN小编带您一起了解。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了