АЦП с применением сигма-дельта модуляции

Способ формирования многоразрядных отсчетов на выходе Σ Δ -модулятора зависит от того, какова требуемая разрядность этих отсчетов и с какой скоростью они должны следовать. Повышение разрядности и скорости следования осчетов (частоты дискретизации Fд) усложняет задачу и ограничивает выбор средств, с помощью которых эта задача может быть решена.

5.2.1. Метод подсчета «единиц»

Если заданы частота дискретизации F _д и разрядность выходного кода N, то тактовая частота F _т, на которой работает Σ Δ -модулятор, должна быть выше частоты дискретизации в K раз

F _т = KF _д,

где K = 2 ^N.

Тогда интервал времени, равный периоду дискретизации, можно сформировать путем деления тактовой частоты F _т на число K с помощью обычного счетчика (счетчик 1 на рис. 5.6). Подсчет «единиц» в цифровом потоке также осуществляется с помощью счетчика (счетчик 2 на рис. 5.6), причем на его счетный вход подается та же тактовая частота, а на вход разрешения счета поступают «единицы» кода. Когда на входе разрешения присутствует «единица», счетчик увеличивает свое содержание, а когда «0» - состояние его остается прежним. В конце каждого периода дискретизации сигналом со счетчика 1 содержимое счетчика 2 переписывается в N -разрядный регистр, а сам счетчик 2 обнуляется. Таким образом, на выходе АЦП формируется код отсчета, численно равный количеству «единиц» в цифровом потоке на выходе Σ Δ -модулятора за период дискретизации.

Описанный метод чрезвычайно прост, но обладает невысокой точностью и применим только для квантования медленно меняющихся процессов или в случае, когда высокой точности не требуется. Если же сигнал на входе преобразователя меняется быстро (следовательно, частота дискретизации должны быть велика) и необходимо получить высокое разрешение, то использование данного метода становится невозможным. В подобных случаях пользуются другими методами построения сигма-дельта АЦП – применением модуляторов 2-го и более высоких порядков, каскадным соединением таких модуляторов, использованием многоразрядных квантователей и многоразрядных ЦАП в петле обратной связи, а на выходе размещают сложные цифровые фильтры высоких порядков, выполняющие операцию децимации (прореживания) одноразрядного цифрового потока вместе с увеличением разрядности выходного кода.