Σ-ΔADC

　　Σ-Δ(Sigma-Delta),过采样型的Over-Sampled Σ-Δ Modulator的缩略语) ADC是近年来颇为流行的新产品。它应用过采样技术以时间交换精度，从而克服实现高精度ADC所需要电路的复杂性，成为数字VLSI中执行高精度模数转换最引人目的方法。这种结构充分扬抑数字和模拟技术各自的长短，使用很少的模拟器件与十分复杂的数字信号处理电路来达到16位以上高精度目的，以很低的采样分辨率(1位)和相当高的采样速率，高精度、低速度地将模拟信号数字化，特别适用于计量仪器、温度检测、应变计、热电偶、称重、过程控制、智能变送器、医疗仪器、多媒体音频转换等应用场合。
　　工作原理Σ-ΔADC的工作原理是首先从输入信号减去DAC的输出，即差分信号，用Δ表示，接着在规定时间内对差分信号进行积分，积分或求和一般用Σ表示，这就是Σ-Δ的名称来源；然后与基准比较产生1MHz高速1位ADC输出(由1和0组成的位流)，为了提高分辨率，再对这种位流进行数字滤波，实际上是一种以牺牲速度为代价的过采样技术。利用过采样、噪声整形、数字滤波等方法增加有效分辨率，此后再对ADC输出进行采样处理以降低有效采样率。
　　Σ-ΔADC通常由 Σ-Δ调制器及连接于其后的数字滤波器构成，另外它还包括一个时钟单元，为调制器与数字滤波器提供适当的定时。一个一阶Σ-ΔADC简单例子哪图1(a)所示，由一个差分器，一个积分器，一个比较器(统称Σ-Δ调制器)和复杂的数字信号处理电路构成，Σ-Δ调制原理如图1(b)，利用积分和反馈，把A/D变换中的量化折叠噪声移出基带。Σ-Δ调制器中的积分器数量定义为该Σ-Δ调制器的阶数。对于高精度或更高频率模拟信号，并考虑到电路的非理想性，一般采用2阶、3阶、4阶甚至更高阶的调制器，以进一步降低量化折叠噪声。当Σ-Δ调制器工作时，图1(a)中A、B、C、D点的信号描述如图2所示，比较器输出的脉冲序列占空比包含着代表模拟输入电压的数据，例如，图2(a) 当Vin=0时，输出数字信号占空比为50%；当模拟输入为正时，1比特DAC输出一定是在+VREF上所占的时间比重较大，调制器输出1的个数多于0的个数，因而占空比增加，如图2(b)所示；相反，当模拟输入为负时，占空比减少。如此反复，比较器输出1或0的数据流，数据流中为1的值是与模拟输入量成正比的，输出的数据流经过压缩、滤波后，就生产了Σ-ΔADC的数字输出，整个结构框图如图3所示。
　　通过数字滤波，可以去除转换处理期间注入的噪声；数字滤波器降低了带宽，为提高Σ-Δ调制器的带宽，目前国际上也采用多位的Σ-Δ调制器。降低输出数据速度的方法是通过每输出M个数据抽取1个数字重采样抽取方法实现的。
　　Σ-ΔADC的分辨率高达24位，转换速度高于积分型、压频变换型ADC，采用混合信号CMOS制造工艺技术。在同一芯片上很容易实现低价格、高分辨率数据采集与数字信号处理电路。由于采用高倍率过采样技术，降低了对传感器信号进行滤波，前置放大的要求，实际上取消了信号调理。

　　产品类型与发展
　　Σ-ΔADC按应用要求，可分为高速、调制解调、编码器、传感器低频测量等4类，其中每一类Σ-ΔADC又根据具体应用要求分成许多型号，给用户带来极大的方便。例如，AD7710系更是用于信号调理、传感器输入的Σ-ΔADC，适用范围较广，表1示出其主要性能。

Burr-Brown公司(Ti)
　　ADS1201、DDC112、DAC1220也是性能优良的Σ-ΔADC，ADS1201适用于测试领域，如智能发射机、工业过程控制等；DDC112把低电平电流(例如光敏传感器的输出电流)转换为数字量，应用领域为CT扫描设备、红外检测器、血液分析、液相或气相色谱仪以及高精度过程控制；DAC1220主要用于工业过程的闭环控制及高分辨的测试测量系统。
　　目前，Σ-Δ电路结构已占据16位以上分辨率的通用ADC市场，发展到23-26位以上分辨率，且价格低廉，但其输入带宽有限、针对这一问题，一些有实力的公司正集中资金与智力，研究提高其转换速度的技术，达到适应诸如数字广播接收机、医用超声波等需要的实际要求。
　　Σ-Δ电路结构不仅在高分率低速或中速ADC方面将逐步取代逐次逼近型与积分型电路结构，而且这种结构同流水线结构相结合，向高速方面研发，有望实现高分辨率、高转换速率为Σ-ΔADC。