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電子秤優(yōu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)
點擊次數(shù):951 更新時間:2015-03-23

電子秤優(yōu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)

優(yōu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)

  前面提及的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,高分辨率和高速度一直是矛與盾的問題。24位的ADC放在25年之前是不敢想象的,今天我們除崇拜這一成果外,還應(yīng)在實踐中繼續(xù)研究。

    首先,如圖1所示的一個傳統(tǒng)ADC頻域傳輸特性中,輸入一個正弦信號,按照Nyquist定理,以兩倍于輸入信號的頻率Fs采樣。根據(jù)快速傅里葉變換(FFT)分析可得一個基頻和一系列頻率分布于DCFs/2之間的隨機噪聲,這就是所謂的量化噪聲,主要是由于ADC的有限分辨率而造成的。我們所必須的信號噪聲比( SNR),就是基頻信號的功率與所有頻率的噪聲的功率之和(RMS)昀比值。對于一個NADC,SNR可由公式:SNR=6.02N+1.76dB得到。在傳統(tǒng)ADC中,改善SNR的辦法是增加位數(shù)。

 ∑.△型ADC把大部分轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)移到了數(shù)字域因而顯現(xiàn)其優(yōu)勢,它更接近于數(shù)字器件,成本低廉且把高性能模擬與數(shù)字處理融合在一起,在整個電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)高水平的線性化,噪聲整形功能使低通數(shù)字濾波器能夠消除大部分噪聲并產(chǎn)生高精度的電壓測量,因而被稱重儀表廣泛采用。

 如果將采樣頻率提高到kFs,利用過采樣系數(shù)k,FFT分析顯示噪聲基線降低了,SNR值雖未改變,但噪聲能量卻分散到更寬的頻率范圍。∑.△轉(zhuǎn)換器正是利用了這一原理,采用過采樣在多個頻率段分散量化噪聲,它與△.∑調(diào)制器一起整形噪聲,使大部分噪聲不被包含在信號測量頻帶中,這樣RMS就降低了,使得E-A轉(zhuǎn)換器能夠從一個低分辨率ADC獲得寬動態(tài)范圍,圖2即是以k

倍采樣頻率經(jīng)過E-A轉(zhuǎn)換器的濾波效果。

 一階的∑.△調(diào)制器在每兩倍的過采樣率下可提供9dBSNR改善。采用更多的積分與求和環(huán)節(jié),可以提供更高階數(shù)的量化噪聲成形。例如,一個二階E-A調(diào)制器在每兩倍的過采樣率下可改善SNR 15dB,三階E-A調(diào)制器在每兩倍的過采樣率下可改善SNR 2ldB

    雖然△.∑轉(zhuǎn)換器的zui終精度主要取決于基準電壓的精度,但為了追求優(yōu)化數(shù)據(jù)和*轉(zhuǎn)換結(jié)果,并非易事。隨著抽樣、調(diào)制時鐘和PGA的調(diào)整,相同數(shù)據(jù)速率在性能方面的表現(xiàn)會有所不同。另外一些問題還包括輸入阻抗、濾波器響應(yīng)、抗混疊以及面對長期漂移等問題,需要耐心地選擇正確的參數(shù)。


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