Δ-Σ型ADC取代面板儀表的積分ADC

本文比較了集成ADC和Δ-Σ型ADC架構(gòu)用于面板儀表應(yīng)用的優(yōu)點。它介紹了兩個面板儀表專用IC系列，MAX1491–MAX1499和MAX1365–MAX1368。

介紹

本應(yīng)用筆記比較了集成ADC和Δ-Σ型ADC架構(gòu)用于面板儀表應(yīng)用的優(yōu)點。它介紹了兩個面板儀表專用IC系列，MAX1491–MAX1499和MAX1365–MAX1368。

集成 ADC 架構(gòu)

面板儀表設(shè)計人員通常選擇集成ADC，因為它們熟悉且廣泛可用。集成式轉(zhuǎn)換器架構(gòu)結(jié)合了高分辨率和出色的噪聲抑制性能，非常適合轉(zhuǎn)換低帶寬模擬信號。集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 可抑制高頻和 50Hz/60Hz 噪聲。

如果積分周期時間 = T，則理論上完全拒絕 N（1/T） 的所有頻率。可以選擇T來抑制50Hz/60Hz噪聲。由于模擬積分器實際上是一個低通濾波器，因此周期明顯短于T的所有輸入信號平均為零。對于數(shù)字面板儀表應(yīng)用，多種集成ADC與內(nèi)置發(fā)光二極管（LED）和液晶顯示器（LCD）驅(qū)動器提供了獨立的解決方案。ICL71系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)集成ADC已過時，但也有改進的器件（表1）。

積分ADC的性能取決于精密積分和解積分周期，這需要外部精密元件。最關(guān)鍵的組件是自動歸零和積分電容器。這兩種電容器都需要出色的介電吸收特性來降低存儲器效應(yīng)，從而最終限制精度。這些高性能電容器價格昂貴，并且容易受到漏電流的影響，因此需要仔細的PCB布局和清潔。

這些ADC的其他缺點包括有些需要雙電源，這會增加成本。此外，目前可用的集成ADC通常具有相對較大的尺寸。一個外部齊納二極管產(chǎn)生ADC的基準(zhǔn)電壓。此外，非線性輸入信號需要專門的信號調(diào)理，將信號轉(zhuǎn)換為±2V或±200mV，以便在LED或LCD面板上顯示。

Δ-Σ轉(zhuǎn)換器

Δ-Σ轉(zhuǎn)換器也非常適合低帶寬、高分辨率采集。它們將簡單的模擬調(diào)制器與更復(fù)雜的數(shù)字濾波器相結(jié)合。精度取決于使用高性能放大器的調(diào)制器的噪聲和線性度性能。這些放大器不依賴于高精度外部元件。更小的工藝尺寸使IC制造商能夠集成基準(zhǔn)電壓源、時鐘源、電荷泵和顯示驅(qū)動器，同時節(jié)省成本和空間。由于這些原因，設(shè)計人員現(xiàn)在更喜歡將Δ-Σ型ADC用于面板儀表應(yīng)用。

數(shù)字濾波器將模擬調(diào)制器輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出字，并提供低通濾波。在面板儀表應(yīng)用中，具有 50Hz 和 60Hz 陷波的 Sinc3 濾波器響應(yīng)可提供出色的 （> 100dB） 50Hz/60Hz 抑制性能。然而，Δ-Σ架構(gòu)固有的一個缺點是濾波器不能以調(diào)制器采樣頻率的整數(shù)倍提供衰減。調(diào)制器頻率基于過采樣比（OSR）×數(shù)據(jù)輸出速率。實際上，較大的過采樣比導(dǎo)致調(diào)制器采樣頻率遠高于輸入信號的帶寬。如果調(diào)制器采樣頻率處的輸入信號幅度較小，則可以省略抗混疊濾波器，而不會降低系統(tǒng)性能。

MAX1491–MAX1499采用Δ-Σ架構(gòu)，是面板儀表應(yīng)用的絕佳選擇。它們具有一個集成振蕩器、一個內(nèi)部 2.048V 帶隙基準(zhǔn) （20ppm/°C 典型值）和一個片內(nèi)電荷泵，該電荷泵在內(nèi)部為雙極性、高阻抗輸入緩沖器 （典型值>為 1GΩ） 產(chǎn)生負電源。這些基于Δ-Σ的20位ADC還包括低電池電量警告、峰值檢波器和保持功能。對于±2V輸入范圍，過采樣比為128;對于±200mV輸入范圍，過采樣比為1024。 MAX1365–MAX1368基于Δ-Σ ADC的數(shù)字面板表方案具有SPI?/QSPI/? MICROWIRE?兼容串行接口，提高了設(shè)計靈活性。MAX1365–MAX1368還包括0–16mA （4–20mA）電流輸出，允許驅(qū)動遠程顯示器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），可通過SPI接口直接訪問。除了取代配置面板儀表所需的DIP開關(guān)和跳線外，微控制器（μC）接口還允許對轉(zhuǎn)換結(jié)果進行線性化或表查找。您可以在顯示輸出之前使用低成本μC。熱電偶測量、熱敏電阻測量和pH等非線性計算不再需要復(fù)雜的模擬線性化。使用表1選擇建議的功能等效的積分面板儀表IC。

審核編輯：郭婷