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图10显示了DTSD ADC上的反冲 。例如 , 如果采样频率为24 Mhz , 那么数据信号需要在41 ns内建立 。因为基准也是一个开关电容输入 , 所以基准输入引脚上也需要一个高带宽缓冲器 。这些输入信号和基准电压缓冲器也会增加噪声 , 使信号链的整体性能下降 。此外 , 输入信号驱动器的失真分量(在S&H频率附近)会进一步提高抗混叠要求 。对于开关电容输入 , 采样速度的变化会导致输入电流变化 。这可能导致重新调谐系统 , 以减少驱动ADC时驱动器或前一级产生的增益误差 。
连续时间Σ-Δ ADC
CTSD ADC是另一种Σ-Δ ADC架构 , 利用过采样和噪声整形等原理 , 但提供另一种实施采样的方法 , 具有显著的系统优势 。
图11将DTSD架构和CTSD架构进行了比较 。可以看到 , DTSD架构在环路之前对输入采样 。环路滤波器H(z)在时间上是离散的 , 并使用开关电容积分器实现 。反馈DAC也是基于开关电容 。由于进行输入采样会导致fS中产生混叠问题 , 所以对输入采样之前需要在输入端使用抗混叠滤波器 。
CTSD未在输入端配置采样器 , 而是在环路内的量化器上采样 。环路滤波器使用连续时间积分器实现了时间连续性 , 反馈DAC也是如此 。与量化噪声受到整形一样 , 因采样导致的混叠也会被整形 。由此得出了几乎无采样混叠的ADC , 使其自成其类 。
CTSD的采样频率是固定的 , 这与DTSD不同 , 后者的调制器采样频率可以轻松扩展 。此外 , CTSD ADC对抖动的容忍程度也低于开关电容ADC 。现成的晶体或CMOS振荡器为ADC提供本地低抖动时钟 , 有助于避免在隔离状态下传输低抖动时钟 , 并降低EMC 。
CTSD具有两大优势 , 它本身具有混叠抑制能力 , 并且为信号和基准提供阻性输入 。
固有的抗混叠能力
把量化器移到环路内会产生固有的混叠抑制 。如图12所示 , 输入信号在采样前通过环路滤波器 , 在量化器上产生的折返(混叠)误差也会经此滤波器去除 。信号和混叠误差与Σ-Δ环路具有相同的噪声传递函数 , 并且在Σ-Δ架构中实施与量化噪声相似的噪声整形 。因此 , CTSD环路的频率响应自然会抑制约为采样频率整数倍的输入信号 , 充当抗混叠滤波器的作用 。
阻性输入
与采样保持配置相比 , 在信号和基准输入中采用阻性输入会更易于驱动 。提供恒定阻性输入时 , 不会产生反冲 , 可以完全移除驱动器 。输入不会产生失真 , 如图13所示 。而且因为输入阻抗恒定不变 , 也无需因增益误差重新调谐系统 。
即使ADC提供单极性电源 , 模拟输入也可能是双极性的 。因此无需在双极前端和ADC之间实施电平转换 。ADC的直流性能可能与输入电阻现在具有输入共模相关电流和输入电流时的情况不同 。
基准负载也具有阻性 , 可以减少开关反冲 , 因此无需使用单独的基准电压缓冲器 。低通滤波器的电阻可以在片上 , 以便随片上电阻负载一起跟踪(因为它们的材料可能相同) , 以减少增益误差温度偏移 。
CTSD架构并非新生事物 , 但工业和仪器仪表市场的大趋势要求在更高带宽下具有直流和交流精度性能 。此外 , 客户更喜欢适用于大部分解决方案的单一平台设计 , 以帮助他们缩短上市时间 。
CTSD架构相对于其它类型ADC具有多方面优势 , 成为高性能音频和蜂窝式手机射频前端等众多应用的首选 。这些优势包括更容易集成和功耗更低 , 但更重要的是 , 使用CTSD能够解决多个重要的系统问题 。由于存在许多技术缺陷 , CTSD的使用以前局限于音频/带宽和较低的动态范围 。因此 , 高精度、高性能/中等带宽应用的主流解决方案一直是高性能奈奎斯特速率转换器 , 例如逐次逼近型ADC和过采样DTSD转换器 。
然而 , ADI公司最近取得的技术突破能克服之前的许多限制 。AD7134是首款基于CTSD的高精度直流至400 kHz带宽ADC , 可以实现更高的性能规格 , 同时提供直流精度 , 进而能够解决高性能仪器仪表应用中的多个关键的系统级问题 。AD7134也集成了一个异步采样速率转换器(ASRC) , 能够通过CTSD的固定采样速度 , 以不同的数据数率提供数据 。输出数据速率可以不受调制器采样频率影响 , 且可以确保成功使用CTSD ADC实现不同粒度的吞吐量 。还可以在粒度级别灵活改变输出数据速率 , 从而支持用户使用相干采样 。