浅析sigma delta调制器 —— sigma delta型 ADC的原理

目录

    • Delta Sigma调制原理如下
    • delta sigma调制信号解码
    • delta sigma调制器用于电流采样

Delta Sigma调制原理如下

浅析sigma delta调制器 —— sigma delta型 ADC的原理_第1张图片
以amc1306为例,调制器的输入为-250mv到+250mv的模拟信号,在前端输入信号与经过数模转换的调制器的输出做差,调制器的输出为比特流,数模转换器是1位的DAC,所以经过数模转换的调制器输出依然是脉冲信号,对于amc1306来说,250mv输入对应89.06%的占空比输出,-250mv输入对应10.94%的占空比输出,我猜测DAC转换的结果应该是把高电平转换为约280mv,把低电平转化为约-280mv,该过程为Δ;随后对结果进行积分,amc1306为二阶调制器,有两个串联的积分器,对差分结果进行两次积分,该过程为Σ,积分的结果送到比较器,和(-250mv+250mv)/2做比较,得到更新频率和时钟频率一致的比特流。

假设调制器的输入In1为-250mv,上一时刻调制器的输出为低电平,两个积分器Σ1,Σ2的结果也为0,下一个时钟到来时,在差分器处,Δ1 = -250mv-(-280mv)=30mv,Σ1 = Σ2 = 30mv,将Σ1,Σ2和In1累加送到比较器CMP1+,此时CMP1+ - CMP1-为-190mv,输出保持低电平;下一个时钟到来,Δ1 = 30mv,Σ1 = 60mv,Σ2 = 90mv,CMP1+为-100mv,输出保持低电平;下一个时钟到来,Δ1 = 30mv,Σ1 = 90mv,Σ2 = 180mv,CMP1+为20mv,输出反转;下一个时钟到来,Δ1 = -530mv,Σ1 = -440mv,Σ2 = -260mv,CMP1+为-950mv,输出再次反转,下一个时钟到来……

显然,delta sigma调制器的输出是频率不确定,占空比不确定的脉冲波,输入的幅度越小,维持低电平的时间越长,输入的幅度越大,维持高电平的幅度越大。占空比反应输入信号的大小。
浅析sigma delta调制器 —— sigma delta型 ADC的原理_第2张图片

由上述推演过程可知,取较大抽取率(OSR)对delta sigma调制信号滤波的时候,对于频率略高于fclk/OSR的噪声,由于在一个抽取周期内抽取了噪声的完整周期,delta sigma方案对该范围噪声有一定的抑制作用,fclk为采样时钟频率。对于更低频率的噪声,由sinc滤波器滤除。

delta sigma调制信号解码

通俗的说delta sigma调制信号是一串比特流,其有效电平反应其输入的大小,对于delta sigma型dac,即直接使用高阶模拟滤波器得到信号有效值,对于delta sigma型调制器是其逆过程,得到一串数字脉冲信号,使得如Arm,Dsp,FPGA一类数字信号处理器能够直接读取,放到以前,从delta sigma调制器得到数字值,需要FPGA一类并行数据处理器处理,但是如今,随着TI,ST等公司的努力,Arm,Dsp也具备了delta sigma调制信号解调的能力,大大降低了delta sigma方案的门槛。
以TI 28004x DSP为例,其内部集成了SDFM模块,能够同时处理4路信号,并集成sinc1,sinc2,sinc3,sincfast 4种滤波器类型可选。对于每路信号,拥有主滤波器,二次滤波器能够分别用于高精度模数转换和高速阈值比较,用于如电机控制,数字电源应用时,能够进行灵活的过流保护。

浅析sigma delta调制器 —— sigma delta型 ADC的原理_第3张图片

delta sigma调制器用于电流采样

对于amc1306e25调制芯片
浅析sigma delta调制器 —— sigma delta型 ADC的原理_第4张图片

-250mv对应10.94%的占空比,250mv对应89.06%的占空比
对于16bit模数转换数据
250mv对应58366,-250mv对应7169,0mv对应32768
已知模数转换结果为Iad,则真实电流值为
(Iad – 32768) * 250 / 25598 /R
其中R为电流采样电阻阻值,若单位为毫欧,计算结果单位为安培。

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