20. Сигма-дельта ацп. Сигма-дельта ацп
Эти АЦП значительно отличаются от конвейерных преобразователей и не допускают прямого использования некоторых стандартных характеристик. Сигма-дельта АЦП обеспечивают высокое соотношение ENOB/SNDR (например, до 10—12 и выше) при ширине полосы входного сигнала между низкой и средней (например, 100 кГц…10 МГц).
Σ/Δ-архитектура использует обратную связь между цифровой и аналоговой частями и высокое отношение OSR (например, 10—128). Высокое значение передискретизации позволяет использовать очень простые аналоговые фильтры защиты от наложения спектров, что экономит потребляемую энергию и занимаемую площадь. Однако при этом требуется дополнительная цифровая фильтрация. В результате использования петли обратной связи Σ/Δ-АЦП могут быть неустойчивыми при больших входных сигналах и терять в производительности. По этой причине требуется установить диагностику перегрузки. Кроме того, в этих АЦП отсутствует прямая связь между входным и выходным сигналами, поэтому для характеристики работы АЦП часто вместо таких показателей как дифференциальная/интегральная нелинейность (Differential/Integral Non-Linearity, DNL/INL) используется динамический диапазон без паразитных составляющих (Spurious Free Dynamic Range, SFDR).
Рисунок 1 иллюстрирует архитектуры конвейерного и сигма-дельта АЦП.
Σ/Δ-АЦП выполнен в виде цепей с дискретным (Discrete Time, DT) и непрерывным временем (Continuous Time, CT). DT SC Σ/Δ-АЦП (дискретная цепь с переключаемым конденсатором) легко программируется на разные полосы частот, не требует калибровки и относительно нечувствительна к дрожанию тактовых импульсов, которые ухудшают производительность. Рассмотрим эти АЦП подробнее.
Рис. 1. Архитектуры конвейерного и сигма-дельта АЦП
Схема приемного тракта
Стандартная схема приемного тракта в цифровых системах связи показана на рисунке 2.
Мы рассмотрим аналоговый сигнал в основной полосе частот, который требуется усилить. Фильтрация необходима для того, чтобы обеспечить защиту от наложения спектров. Она достигается за счет ограничения полосы поступающего на АЦП сигнала, что позволяет снизить шум и ослабить сигналы помех (что особенно важно в беспроводных приложениях). При создании такой системы необходимо достичь компромисса между коэффициентом усиления, линейностью шума и ограничениями на потребление энергии и площадь кристалла.
Рис. 2. Стандартный приемный тракт цифровой системы связи
Функции усиления и фильтрации можно задать в разных точках приемного тракта. Следует заметить, что цифровые каналы связи достаточно просто реализуются путем разделения сигнала на два компонента — I и Q. В случае приложений с монополосными каналами, например в проводной связи, такое разделение осуществляется цифровым модемом, поэтому требуется лишь один приемный тракт (и АЦП). В беспроводных применениях, например WLAN/WiMAX/LTE, преобразование с понижением радиочастоты вызывает необходимость в двух приемных трактах и двух АЦП, которые в таком случае называются АЦП IQ.
В цифровой области обычно применяется прореживающий фильтр, позволяющий уменьшить частоту выборки до частоты Найквиста, независимо от архитектуры АЦП.