整合SAR转换器 ADC简化信号调节路径

作者：时间：2013-10-10 来源：网络收藏

一般而言，设计人员会在较低频率的应用中发现连续近似暂存器（SAR）及ΔΣ类比数位转换器（ADC）。这些应用的讯号链通常是从产生低输出电压或电流讯号的感测器开始。这些讯号须要先放大和滤波，才能予以数位化。从中可看出，SAR及ΔΣ转换器讯号路径以极为不同的方式调节低感测器讯号。本文将解说多种代表性感测器的讯号特性以及各个转换器类型的讯号链元件。对于讯号特性，本文中将探讨对于各个转换器类型的应用需求以及这些转换器适用的情况。

感测器电气特性分析

感测器应用的讯号链是从感测器开始。图1显示回应环境并将测得的数据转换为电子讯号的几种感测器。

图1 用于SAR及ΔΣADC讯号调节电路的感测器

电阻温度装置（RTD）及电热调节器的模拟符号是电阻。RTD阻抗相对较小（一般在0℃下为100Ohms），并且在0.00385Ohms/Ohm/℃下呈线性变化（白金RTD），且能够感测-200℃800℃之间的温度，使用者必须注意RTD阻抗在摄氏每度的微小变化。RTD元件适当的激发电流来源是？1毫安培（mA）。在阻抗转换为电压之后，RTD讯号将须要进一步放大。

对于-100℃175℃之间的温度，负温度系数（NTC）电热调节器（感热电阻）会产生较高的非线性阻抗。25℃下一般的电热调节器阻抗是10kOhm。建立电源供应的简单分压器，就能够产生可测量的热调节器电压。

温差电耦的结构使用两种不同的金属，例如铬和铜镍合金（E类）或镍铬和镍硅（N类），两种不同的金属以焊珠相接于电线的一端。焊珠显露于散热环境可造成焊珠与温差电耦电线另一端之间的温差。在这个环境中，两条电线之间将出现电动势（EMF）电压。EMF电压可涵盖温度范围的数十毫伏特区域。不过，ΔEMF电压在摄氏一度变化下也达到数十毫伏特。温差电耦也需要讯号路径的讯号增益，才能进行数位化。

工程人员都使用电阻桥接电路模拟压力及负载感测器。正压力或负载施加于四元件桥接时，两个相对元件将压缩回应，另两个则变成拉张状态。设计人员可将电压或电流激发来源施加于此电阻桥接的高位。虽然激发的程度会影响感测器输出的动态範围，但是VOUT+与VOUT–之间的最大差一般介于数十至数百毫伏特之间。

光电二极体与相关前置放大器是基本光学活动与电子产品之间的连结。光感测电路用于电脑断层（CT）扫描器、血液分析仪、烟雾感测器、位置感测器、红外线高温计及层析仪等系统中。在这些电路中，光电二极体会产生奈安培至微安培程度的小电流，这个电流随着照度而呈等比变化。前置放大器可将光电二极体感测器的电流输出讯号转换为可用的电压程度。

以上所述的所有感测器都须要激发来源及讯号调节电路，才能在讯号路径的末端将小讯号转换为类比数位转换器可用的电压程度。以下将说明SAR类比数位转换器及ΔΣ类比数位转换器的一般讯号链。

SAR-ADC讯号路径

从感测器到微控制器（MCU）或微处理器（MPU）的SAR转换器讯号链，包含讯号调节级、类比增益级、抗混叠滤波器（AAF）、SAR驱动器放大器以及SAR转换器（图2）。