Модулятор сигма дельта: Дельта-сигма модуляция | dsp | programming

LTR22 СИГМА-ДЕЛЬТА АЦП ДЛЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

АЦП
Количество каналов	4 с дифференциальным входом
Разрядность АЦП	16 бит
Частота преобразования АЦП	от 3,472 кГц до 78,125 кГц  (задается формулой и фиксированной сеткой частот)
Предельно допустимые напряжения на аналоговых входах (защита входов)	±20 В во включенном состоянии  ±20 В в выключенном состоянии
Синхронизация
Режимы синхронизации	Внутренняя, внешняя синхронизация старта сбора данных, многомодульная синхронизация нескольких LTR22
Вход синхронизации SYN_IN	Совместим с выходным логическим уровнем TTL/CMOS-элементов с напряжением питания +3,3 В/+5 В; Вход имеет резисторную подтяжку 20 кОм к цепи AGND.
Выход синхронизации SYN_OUT	Имеет выходной логический уровень CMOS/LVTTL-элементов с напряжением питания +3,3 В, по умолчанию находится в Z-состоянии с резисторной подтяжкой 20 кОм к цепи AGND. Выход используется для многомодульной синхронизации LTR22.
Выходы питания внешних устройств
Выходное напряжение	±15 В
Максимальный ток нагрузки	50 мА по каждому выходу относительно цепи AGND
Выходное сопротивление	26 Ом по каждому выходу
Гальваноизоляция модуля См. п.п. Характерные особенности модулей LTR

Диапазон измерений (поддиапазоны: 10; 3; 1; 0,3; 0,1; 0,03 В): — напряжения постоянного тока положительной и отрицательной полярности — напряжения переменного тока (амплитудное значение измеряемого напряжения не должно превышать конечного значения поддиапазона измерений)	От 10 мкВ до 10 В От 1 мкВ до 10 В
Пределы допускаемой основной приведённой (к конечному значению поддиапазона) погрешности измерений напряжения постоянного тока в поддиапазонах: – 10; 3; 1 и 0,3 В – 0,1 В – 0,03 В	±0,2 % ±0,5 % ±1,0 %
Пределы допускаемой основной приведённой (к конечному значению поддиапазона) погрешности измерений напряжения переменного тока в диапазоне частот от 0,02 до 25 кГц	От ±0,15 до ±4,0 %
Пределы допускаемой дополнительной приведённой погрешности измерений напряжения постоянного и переменного тока при изменении температуры окружающего воздуха на каждые 10 °С	Половина от пределов допускаемой основной приведённой погрешности измерений
Входное сопротивление постоянному току	Не менее 10 МОм
Межканальное прохождение входного напряжения постоянного и переменного тока	Не более минус 80 дБ
Коэффициент подавления синфазных помех для напряжения постоянного тока и переменного тока частотой 50 Гц	Не менее 80 дБ
Коэффициент подавления помех общего вида для напряжения постоянного тока и переменного тока частотой 50 Гц	Не менее 90 дБ
Нормальные условия применения
Температура окружающей среды	20±5 °С
Относительная влажность	От 30 до 80 %
Атмосферное давление	От 84 до 106,7 кПа
Рабочие условия применения (ГОСТ 22261-94, группа 3 с расширенным диапазоном рабочих температур)
Температура окружающей среды	От +5 до +55 °С
Относительная влажность при температуре окружающей среды 25 °С	До 95 %
Атмосферное давление	От 70 до 106,7 кПа

_________

¹⁾ Метрологические характеристики в полном объеме приведены в описании типа СИ.

LTR22 предназначен для регистрации динамических виброакустических сигналов с возможностью дальнейшего программного спектрального анализа.

LTR22 представляет собой 4 параллельных канала, каждый из которых имеет высококачественный дифференциальный вход, сигма-дельта АЦП, антиалайзинговый фильтр и программно-включаемый фильтр верхних.

LTR22 имеет 4 дифференциальных канала АЦП 16 бит/78 кГц с диапазоном измерения входного сигнала до ±10 В. Все каналы синхронны, что дает возможность применять данный модуль в задачах фазометрии сигналов, например, в гидроакустике и низкочастотных трактах локации.

Более продвинутая альтернатива LTR22 — это модуль LTR24-1, совместимый по контактам разъёма.

LTR22 предназначен для регистрации динамических виброакустических сигналов с возможностью программного спектрального анализа.

Установка для оценки трибологических свойств смазочных материалов на основе торсионного маятника

Модуль LTR22 в исследовательских задачах металлообработки

Установка измерительная LTR в АИИС стендовых испытаний авиационных двигателей под управлением ОС QNX

Исследование влияния низкочастотных магнитных полей на гидробионтов

Диагностика износа режущего инструмента по сигналу акустической эмиссии

Экспериментальное исследование развития усталостной трещины в прямоугольной пластине

Моделирование геомеханических процессов при обрушении пород кровли

Экспериментальная апробация алгоритма моделирования износа инструмента при фрезеровании на основе вейвлетов Морле

Исследование процесса обработки специальными шлифовальными кругами

Пологие угольные пласты — испытания материалов на деформационные свойства

Система поддержания нормированного изменения индукции магнитного поля в ограниченном пространстве

На предприятии АО СКБ «Турбина» построен стенд испытаний турбокомпрессоров

Оценка частоты вращения ротора вспомогательных асинхронных двигателей методом сигнатурного анализа тока статора

Применение крейтов LTR в автоматизированных информационно-измерительных системах испытаний авиационных двигателей

Влияние типичной геомагнитной бури на растения и животных

Системы мониторинга инженерных конструкций

Мобильный диагностический комплекс анализа технологических процессов обработки на металлорежущих станках

Система мониторинга механической нагрузки на валу асинхронного двигателя

Применение LTR22 в акустическом методе определения места пробоя гермооболочки пилотируемого космического аппарата

Исследование динамики высокоскоростного сверления

Диагностика слоев футеровки доменных печей

1. Кожух DP-37С (1 шт.
   )
2. Разъем DB-37M (1 шт.)
3. CD с документацией и программным обеспечением (по запросу)

Сертификаты

Методика поверки

Описания

• ltr_soft_getting_started.pdf (размер: 280 683 байт, дата: 10.02.2021)

  Начинаем работать с крейтовой системой LTR. Вопросы по
  программному обеспечению.

• lms users guide.pdf (размер: 4 908 430 байт, дата: 15.01.2021)

  Описания для программного комплекса L Card Measurement Studio.

• ltr-cmf_hw.zip (размер: 399 828 байт, дата: 01.11.2006)

  Синфазный помехоподавляющий фильтр LTR-CMF. Руководство пользователя (ревизия 1.0.0).

• ltr.pdf (размер: 14 153 339 байт, дата: 09. 01.2021)

  Крейтовая система LTR. Руководство пользователя (ревизия 4.0.0)

  • Общие характеристики и принципы построения
  • Работа с крейтом LTR
  • Обзор архитектуры крейта LTR
  • Модуль АЦП LTR11
  • Модуль АЦП LTR12
  • Модули тензометрические LTR212(М), LTR216
  • Модуль измерительный LTR27
  • Модули цифрового в/в и синхронизации LTR41, LTR42, LTR43
  • Модуль частотомер LTR51
  • Модуль АЦП LTR22
  • Модули АЦП LTR24(-1,-2)
  • Модуль АЦП LTR25
  • Модуль ЦАП LTR34
  • Модуль ЦАП LTR35
  • Модуль АЦП LTR114
  • Модуль АЦП LTR210
  • Макетный модуль LTR00
  • Низкоуровневое программирование крейта LTR-EU
  • Cпецификации

• ltr22api.pdf (размер: 1 001 935 байт, дата: 26.04.2007)

  Модуль LTR22. Руководство программиста.

• ltrapi. pdf (размер: 658 883 байт, дата: 25.12.2019)

  Базовая библиотека Ltrapi. Руководство программиста.

• ltr_cross_sdk.pdf (размер: 548 278 байт, дата: 21.09.2020)

  Описание программного обеспечения под ОС Windows, Linux, FreeBSD и QNX

• ltr_decl.pdf (размер: 1 261 642 байт, дата: 10.12.2019)

  Таможенный союз. Декларация о соответствии.

Статьи

Программный комплекс LGraph3

• lgraph3.zip (размер: 24 459 793 байт, дата: 29.01.2021)

  LGraph3 — законченная программа самописец-визуализатор под Windows XP.  Версия 2.35.16. Возможность одновременной визуализации и регистрации данных с АЦП L-502, L-780M, L-783, L-791, L-761, E-502, E14-140, E14-140M, E14-440, E-154, E20-10, LTR11, LTR114, LTR27, LTR212, LTR216, LTR22, LTR24, LTR25, LTR51, L-264, L-305, L-1250. Требует обновленной версии драйвера LComp (начиная с версии от 01.04.2010) и ltrserver (не ниже 1.5.2.1).

• lgraph3_help.pdf (размер: 8 564 139 байт, дата: 19.02.2019)

  Руководство пользователя программы LGraph3.

• lgraph3_plugins.pdf

  (размер: 399 425 байт, дата: 29.04.2010)

  Разработка плагинов для LGraph3. Руководство пользователя.

• lgraph3_readme.rtf (размер: 239 277 байт, дата: 15.10.2013)

  Описание версий и изменений программы LGraph3.

Программное обеспечение под Windows

• lcard-opc-setup.exe (размер: 12 440 520 байт, дата: 09.04.2019)

  OPC-сервер для модулей сбора данных «Л Кард» и крейтовой системы LTR. Версия 1.0.10.

  Руководство: http://www.lcard.ru/download/lcard-opc.pdf.

  Без приобретения лицензии работает в демонстрационном режиме.

• lcard_ltr_cross_sdk_windows.php (размер: 83 байт, дата: 23.08.2016)

  Исходные коды ltr_cross_sdk

• lcomp.exe (размер: 6 342 096 байт, дата: 20.01.2021)

  Beta-версия (предыдущая доступна как lcomp_old.exe).Библиотека LCOMP под Windows XP/Vista/Win7/Win8/Win10 32 и 64-бит версии с драйверами. Инсталлятор и драйвера имеют цифровую подпись. Библиотека
  построена на основе современных WDM-драйверов переписанных на WDF. Включает в себя собственно WDM-драйвера для оборудования «Л Кард», библиотеку DLL с исходными текстами, примеры программирования, электронное описание и т.д. Библиотека LCOMP обеспечивает поддержку почти всей гамме выпускаемых изделий: PCI платы, USB модули. Поддержка ISA плат исключена.

  Cоставной частью входит программа L-Graph I. В L-Graph I есть поддержка следующих устройств:
  L-1450, L-761, L-780, L-783, L-791, E14-140, E-154 и E14-440. Файлы,
  записанные L-Graph I, могут быть также прочитаны и обработаны с помощью демо-версии программы PowerGraph v. 3.X

• lms_setup.exe (размер: 22 090 888 байт, дата: 10.02.2021)

  Программный комплекс «L Card Measurement Studio» для проведения измерительных экспериментов с использованием оборудования «Л Кард». Версия 1.0.0.

  Описание программы: https://www.lcard.ru/download/lms_users_guide.pdf.

  Без приобретения ключа лицензии работает в демонстрационном режиме.

• ltrbinary-no-sse2.zip (размер: 9 011 103 байт, дата: 02. 02.2017)

  Установщики ltrd, ltrmanager и ltrdll для ПК без поддержки SSE2 (Pentium III и ниже)

• ltrd-setup.exe (размер: 1 467 072 байт, дата: 25.11.2020)

  Служба ltrd. Версия 2.1.8.6.
  Обеспечивает связь с крейтами LTR. Является заменой программы LTRserver с сохранением совместимости программного интерфейса. ltrd предназначен для той же цели, что и LTRserver, но представляет собой службу,
  запускающуюся вместе с запуском системы. При этом графический интерфейс к службе предоставляется отдельной программой LTR Manager.

  Внимание!: Одновременно может работать только одна из программ ltrd или LTRserver.

• ltrdll.exe (размер: 1 293 128 байт, дата: 12.01.2021)

  Библиотеки для работы с крейтами и модулями LTR.
  Версия 1.32.22

• ltrmanager_setup. exe (размер: 7 981 824 байт, дата: 25.11.2020)

  Программа LTR Manager. Версия 1.5.2.
  Графический интерфейс к службе ltrd. Предоставляет интерфейс, схожий с интерфейсом программы LTRserver при работе через службу ltrd.

• ltrtest2.exe (размер: 551 489 байт, дата: 23.07.2020)

  Тестовая программа ltrtest2 (требует наличия .NetFramework 2)

• uts.zip (размер: 14 306 357 байт, дата: 23.07.2020)

  Демонстрационная программа UTS для работы с крейтом LTR.
  Версия 1.0.38.

Программное обеспечение под Linux

Программное обеспечение для поверки

Сторонние разработки ПО

Устаревшее программное обеспечение

• ltr030config.zip (размер: 2 837 060 байт, дата: 03. 07.2014)

  Программа для настройки типа используемого интерфейса LTR крейта — USB или Ethernet. В случае использования LTR крейта по интерфейсу Ethernet, программа позволяет задать IP адрес устройства в сети, дежурный адрес шлюза, маску подсети.

• ltrdll_1_27.exe (размер: 1 264 544 байт, дата: 04.04.2014)

  Библиотеки для работы с крейтами и модулями LTR.
  Версия 1.27.5

• ltrdll_1_30.exe (размер: 1 744 952 байт, дата: 04.08.2016)

  Библиотеки для работы с крейтами и модулями LTR. Версия 1.30.25

• ltrserver_as_service.zip (размер: 327 582 байт, дата: 18.03.2014)

  Инструкция и вспомогательные файлы для запуска ltrserver как службы Windows (с помощью программы nssm или srvany).

• ltrserver_setup.exe (размер: 1 071 303 байт, дата: 16.02.2015)

  Программа LTRserver. Обеспечивает связь с крейтами LTR. Версия 1.5.5.2.

  Добавлена поддержка LTR-CEU-1, LTR-CU-1

• ltrserver_src_1552.zip (размер: 539 449 байт, дата: 23.04.2015)

  Исходные тексты ltrserver 1.5.5.2

• ltr_sources.zip (размер: 14 887 685 байт, дата: 29.07.2010)

  Исходные тексты программы ltrserver, старых версий библиотек и примеров. Исходные коды последних версий можно скачать со странички ltr_cross_sdk

• ltr_sw.zip (размер: 8 764 836 байт, дата: 05.04.2016)

  Крейтовая система LTR. Руководство программиста.

  • Описание программы ltrserver
  • Особенности работы с Ethernet
  • Описание библиотеки ltrapi
  • Описание библиотеки ltr021api
  • Описание библиотеки ltr11api
  • Описание библиотеки ltr22api
  • Описание библиотеки ltr27api
  • Описание библиотеки ltr34api
  • Описание библиотеки ltr41api
  • Описание библиотеки ltr42api
  • Описание библиотеки ltr43api
  • Описание библиотеки ltr212api

 Разъём внешних сигналов

Аппаратное описание, назначение и подключение сигналов приведены в Руководстве пользователя.

Радиационно стойкий сигма-дельта АЦП 1288НВ015

Радиационно стойкий сигма-дельта АЦП 1288НВ015

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ

Готовятся к серийным поставкам.

50-ЯДЕРНАЯ ГЕТЕРОГЕННАЯ СНК

ДЛЯ ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ
И РОБОТОТЕХНИКИ

---

СнК RoboDeus обеспечивает производительность алгоритмов искусственного интеллекта на основе нейронных сетей на уровне 16 Tflops и предназначена для построения интеллектуальных мультисенсорных встраиваемых систем

СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ

И ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ,
НАВИГАЦИИ И МУЛЬТИМЕДИА

---

СнК «Скиф» предназначена для построения телекоммуникационных, навигационных, мультимедийных приложений, мульти-сенсорной обработки сигналов, робототехнических систем, планшетов, умных камер, систем мониторинга

СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ

ДЛЯ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ

---

СнК «Элиот», предназначенная для применения в условиях ограниченного энергопотребления и обеспечения доверенности в IoT-сетях

Радиационно стойкий сигма-дельта АЦП 1288НВ015

• ОПИСАНИЕ
• ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
• ДОКУМЕНТАЦИЯ

1288НВ015

Радиационно-стойкая микросхема сигма-дельта АЦП 1288НВ015 предназначена для применения в современных перспективных комплексах радиоэлектронного оборудования и промышленной контрольно-измерительной аппаратуре. Микросхема может быть использована для замены зарубежных схем АЦП, в частности AD7738 (Analog Devices), ADS1259 (Texas Instruments).

Управление АЦП и передача данных осуществляется по последовательному интерфейсу SPI в режимах Master и Slave.

Технические параметры

Параметр

Ед. изм.

Значение:

мин.

макс.

Частота оцифровки входного сигнала

МГц

6

12

Разрядность выходных отсчетов

Бит

24

Эффективное число бит

300 отсчетов/с

Бит

19

3000 отсчетов/с

18

15000 отсчетов/с

16

Частота выходных выборок

Гц

30

48000

Суммарный порядок программируемых КИХ фильтров — дециматоров

128

Отношение сигнал/ шум (для OSR= 40000)

дБ

116

Нелинейность

%

0,0025

Ошибка коэффициента передачи

%

0,5

Мощность потребления

мВт

100

Напряжение питания

В

1,8/3,3

Температурный диапазон

°С

-60/+85

Корпус

CLCC-28

Название документа	Дата	Размер	Скачать
Микросхема интегральная 1288НВ015. Краткое описание	29.10.2020	177 Кб
Микросхема интегральная 1288НВ015. Руководство пользователя	29.10.2020	398 Кб

Вся документация

Микросхема содержит:

• сигма-дельта модулятор с дифференциальным входом rail-to-rail;

• схема смещения нуля;

• многокаскадный цифровой фильтр:

• CIC фильтр — дециматор;

• КИХ фильтр-дециматор с фиксированными коэффициентами;

• до 3-х КИХ фильтров – дециматоров суммарного порядка до 128 с программируемыми коэффициентами;

• регулятор коэффициента передачи.

сигма-дельта аналого-цифровое преобразование — MATLAB & Simulink

В этом примере используется:

Открытый сценарий

В этом примере показано, как смоделировать аналого-цифровое преобразование с помощью реализации сигма-дельта-алгоритма.

Сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь с передискретизацией — это квантизатор с формированием шума. Основная цель формирования шума состоит в том, чтобы изменить спектр шума квантования таким образом, чтобы большая часть шума отфильтровывалась из соответствующей полосы частот, такой как звуковая полоса для речевых приложений. Основная цель состоит в том, чтобы обменять биты на образцы. То есть увеличьте частоту дискретизации, но уменьшите количество битов на выборку. Результирующее увеличение шума квантования компенсируется квантователем с формированием шума. Этот квантизатор выталкивает добавленный шум квантования за пределы соответствующей полосы частот и тем самым сохраняет желаемый уровень качества сигнала. Это уменьшение количества битов упрощает структуру аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.

Откройте и запустите две модели в этом примере.

В этих моделях аналоговый вход сначала предварительно фильтруется с помощью предварительного фильтра сглаживания, структура которого упрощена из-за передискретизации. Входной сигнал передискретизируется с коэффициентом 64. Блоки интегратора, 1-битного квантизатора и блоков нулевого порядка содержат двухуровневый аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Затем выходной сигнал удержания нулевого порядка вычитается из аналогового входного сигнала. Контур обратной связи или аппроксимации приводит к тому, что шум квантования, генерируемый АЦП, подвергается фильтрации верхних частот, направляя его энергию в сторону более высоких частот (9).0013 64*fs/2 ) и вне соответствующего диапазона сигнала.

Стадия прореживания снижает частоту дискретизации до 8 кГц. Во время этого процесса этап прореживания удаляет высокочастотный шум квантования, который был введен петлей обратной связи, и удаляет любые нежелательные частотные компоненты за пределами фс/2 (4 кГц), которые не были удалены простым аналоговым предварительным фильтром.

Блок Scope показывает аналоговый входной сигнал, цифровую аппроксимацию сигнала и ошибку между двумя сигналами. Как видите, оцифрованный сигнал является близким приближением к аналоговому входному сигналу.

Пример модели с плавающей точкой

Пример модели с фиксированной точкой

Проект прореживателя

Две модели в этом примере иллюстрируют два возможных решения проекта прореживателя.

Модель версии с плавающей запятой использует каскад из трех многофазных КИХ-дециматоров. Этот подход снижает требования к вычислениям и памяти по сравнению с одним прореживателем за счет использования фильтров более низкого порядка. Каждый этап прореживания уменьшает частоту дискретизации в четыре раза. Задержка, введенная фильтрами, используется для установки соответствующей «Временной задержки» в блоке «Транспортная задержка». Из-за групповой задержки фильтра каждый из трех КИХ-фильтров децимации вносит задержку в 16 выборок. Фактическое значение составляет 15,5 отсчетов, которое округляется до ближайшего целого числа отсчетов. Из-за операции прореживания общая задержка, вносимая тремя фильтрами, выглядит следующим образом: 16 (первый фильтр) + 4*16 (второй фильтр) + 16*16 (третий фильтр), что дает окончательную общую задержку 336. Знаменатель параметра Time delay — базовая частота модели (512 кГц).

В версии с фиксированной запятой используется CIC-прореживатель с пятью секциями для уменьшения частоты дискретизации в 64 раза. Хотя прореживатель CIC не такой гибкий, как КИХ-прореживатель, он имеет то преимущество, что не требует никаких операций умножения. Он реализуется с использованием только сложений, вычитаний и задержек. Поэтому это хороший выбор для аппаратной реализации с ограниченными вычислительными ресурсами. CIC Decimator вводит задержку в 158 выборок, что является групповой задержкой фильтра (157,5), округленной до ближайшего целого числа. Это значение используется в параметре ‘Time Delay’ блока ‘Multistage CIC Processing Delay’.

Ссылки

[1] Orfanidis, S. J. Introduction to Signal Processing , Prentice Hall, 1996.

См. также

Генератор сигналов (Simulink) | Дизайн аналогового фильтра | РПИ Децимация | CIC Децимация | Интегратор (Simulink) | Знак (Симулинк) | Удержание нулевого порядка (Simulink) | Транспортная задержка (Simulink) | Осциллограф (Симулинк)

Связанные темы

• Речевой процессор кохлеарного импланта

У вас есть модифицированная версия этого примера. Хотите открыть этот пример со своими правками?

Вы щелкнули ссылку, соответствующую этой команде MATLAB:

Запустите команду, введя ее в командном окне MATLAB. Веб-браузеры не поддерживают команды MATLAB.

Преимущества дельта-сигма аналого-цифрового преобразования

Отличительными аспектами дельта-сигма АЦП являются использование избыточной дискретизации в сочетании с прореживающей фильтрацией и формирование шума квантования.

Передискретизация

Дельта-сигма АЦП используют частоты дискретизации, которые являются большим кратным числом, например, в 128 раз больше частоты дискретизации, достаточной для данного сигнала. Например, для дискретизации сигнала частотой 25 кГц будет достаточно частоты дискретизации, превышающей частоту Найквиста (то есть > 50 кГц). Однако дельта-сигма АЦП, использующий коэффициент передискретизации 128, производит выборку сигнала на частоте 6 МГц. Этот подход имеет несколько преимуществ, таких как лучшее сглаживание и более высокое разрешение.

В частотной области дискретизация сигнала эффективно модулирует спектр входного сигнала с несущими частотами, кратными частоте дискретизации F _с (то есть 0, F _с , 2F _с , 3 F _с и так далее). Чтобы гарантировать, что эти модулированные версии спектра входного сигнала не перекрываются, что приводит к наложению спектров, частота дискретизации должна более чем в два раза превышать максимальную частотную составляющую сигнала (то есть 2F _max ), скорость Найквиста. И наоборот, если входной сигнал имеет частотные компоненты выше F _s /2, также называемые частотой Найквиста, эти компоненты могут накладываться на частотный диапазон ниже Найквиста, что затрудняет обнаружение представляющих интерес сигналов среди псевдонимов. Этот эффект наложения проявляется в виде шума и искажения сигнала.

Для предотвращения алиасинга аналоговый внешний интерфейс устройства сбора данных часто использует аналоговый фильтр нижних частот, который ослабляет частотные компоненты, превышающие частоту Найквиста, перед выборкой АЦП. К таким фильтрам предъявляются строгие требования, поскольку ожидается, что они будут иметь характеристики, подобные кирпичной стене, включая резкий спад, плоскую полосу пропускания и т. д. С такими жесткими ограничениями и тем фактом, что они должны быть реализованы в виде аналоговых схем, эти фильтры сложны в разработке и дороги в производстве.

 

Рис. 2. Передискретизация снижает требования к аналоговому сглаживающему фильтру.

Дельта-сигма АЦП ослабляют требования к аналоговым фильтрам сглаживания за счет передискретизации входного сигнала, как показано на рис. 2. Благодаря передискретизации модулированные версии спектра входного сигнала дополнительно разделяются в частотной области, обеспечивая постепенный спад характеристики фильтра, которые значительно упрощают конструкцию аналогового фильтра сглаживания. Дельта-сигма АЦП состоят в основном из цифровых компонентов, что делает их еще более привлекательными. Имея в основном цифровую конструкцию, они могут быть реализованы в кремнии и, таким образом, использовать преимущества технологий крупномасштабной интеграции СБИС.

Цифровая прореживающая фильтрация

Битовый поток от дельта-сигма модулятора выводится на цифровой прореживающий фильтр, который выполняет усреднение и понижающую дискретизацию, создавая таким образом n-битную выборку с желаемой частотой дискретизации Fs. Этот процесс усреднения имеет эффект фильтрации нижних частот сигнала в частотной области, которая ослабляет шум квантования и удаляет наложения из интересующей полосы. Этот децимирующий фильтр обычно строится для чрезвычайно плоской частотной характеристики в полосе пропускания и отсутствия фазовой ошибки, резкого спада вблизи частоты среза (около 0,49раз больше частоты дискретизации Fs) и превосходное подавление в полосе задерживания, что делает его очень эффективным при сглаживании. Цифровой фильтр прореживания обычно реализуется как фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ), такой как гребенчатый фильтр, который представляет собой экономичный способ реализации прореживания.

Quantization Noise Shaping

Преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал вносит шум в сигнал, который называется шумом квантования. Для одного цифрового образца шум составляет просто ± 1/2 LSB. Чем меньше LSB, тем выше будет разрешение АЦП. Более высокое разрешение подразумевает меньший шум квантования или более высокое отношение сигнал/шум (SNR). Классическое уравнение, отражающее связь между разрешением АЦП и ОСШ, представлено в уравнении 1, где N — эффективное число битов разрешения АЦП.

SNR = 6,02N + 1,76 дБ     (уравнение 1)

Однако на этом история не заканчивается. Дельта-сигма модулятор ведет себя как фильтр нижних частот для сигнала и фильтр верхних частот для шума квантования, тем самым перемещая шум в области более высоких частот, как показано на рисунке 3. Это явление называется формированием шума квантования и используется за счет использования цифрового прореживания, которое эффективно фильтрует низкие частоты на выходе модулятора и удаляет шум квантования. Уменьшение мощности шума в интересующей полосе частот означает более высокое отношение сигнал/шум или больший динамический диапазон, так как уровень шума был значительно снижен.