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40 http://www.77cn.com.cn 1 SIGMA-DELTA ADC的发展现状及原理
1.1 模数转换器的国内外发展现状
近些年随着半导体工艺技术，尤其是深亚微米CMOS技术的成熟，ADC的性能有了大幅度的提高，同时价格却成万倍的下降。不同的结构侧重于不同的应用，有的侧重于高速度，有的侧重于高精度，还有的侧重于低功耗。其中比较有代表性的有闪烁型、两步型、逐次逼45 近型、积分型、流水线型和并行型。国内的ADC研究起步较晚，跟国际上差距较大。能够
自主设计高性能的ADC的机构还不多，绝大多数科研院所和企业还处在模仿国外成熟产品的阶段。所以对于ADC的研究十分迫切[2]。
ADC的种类非常多，可以从多个角度进行分类。按转换器结构和工作原理分类，可分为逐次逼近型、并行比较型、串行转换型、分级型、积分型、压频转换和时间交错型等[3]。50 按转换信号的关系分类，分直接转换型和间接转换型；按转换速率分类，可把转换时间在毫
秒量级的成为低速，转换时间在微毫秒量级的成为中速，转换时间在纳秒量级的成为高速；按转换器的分辨率分类，习惯把6～8位成为低分辨率，12~16位成为中分辨率；16位以上称为高分辨率；按采样频率分类，分为那奎斯特率（nyquist-rate）ADC和过采样ADC。
1.2 Sigma-Delta ADC概述
55 模数转换器主要有前置滤波器、采样电路、量化器和数字编码电路等四个部分组成，其
中Sigma-Delta调制器为模拟电路部分，抽取滤波器为数字电路部分。抗混叠滤波器的作用与Nyquist-rate ADC中的类似，用来滤除信号频带以外的频率分量，以避免产生混叠。滤波后的输入信号经过过采样和噪声。
Sigma-DeltaADC由两部分组成，第一部分为模拟调制器，第二部分为数字抽取滤波器。60 Sigma-Delta调制器以极高的采样频率对输入模拟信号进行采样，并对两个采样之间的差值
进行低位量化，从而得到用低位数码表示的数字信号或∑ Δ码，然后将这种∑ Δ码送给第二部分的数字抽取滤波器进行抽取滤波，从而得到高分辨率的数字信号。由于调制器具有极高的采样频率，通常要比奈奎斯特采样频率高许多倍，因此转换器又被称为过采样ADC。Sigma-Delta ADC利用过采样技术、噪声整形和数字滤波技术增加有效分辨率，其实质是以65 高速、率换取高分辨率，从而减小了实现高精度ADC的复杂性。由于其实现简单.且与数字
电路兼容性好，故广泛应用于数模混合电路中。
2 低阶与高阶∑ ΔADC的介绍
2.1 一阶及二阶∑ ΔADC
过采样一阶调制器是指前馈通路上只有一个积分器，如图所示，调制器前馈通路上包括70 一个积分器和一个简化的量化器。通过积分器不断的对输入信号与量化输出信号取差值，使
得量化器的输出平均值始终跟随输入信号的平均值[4]。当积分器的输出为正数时，就会在输入信号上加一个负参考电平，使得输入信号减小，积分器的输出向负方向移动，反之同理，当积分器输出为负数时，输入信号被加上一个正参考电平．使得输入信号增加，积分器的输出向正方向移动。