张中平

　　∑-△模数转换器的原理及应用

　　(东南大学微电子机械系统教育部重点实验室，南京 210096)

　　摘 要：∑-△模数转换器由于造价低、精度高、性能稳定及使用方便等特点，越来越广泛地使用在一些高精度仪器仪表和测量设备中，介绍该转换器的基本原理，并重点举例介

　　绍 AD7708 芯片的应用，该芯片是 16 bit 模数转换器，与 24 bit AD7718 引脚相同，可直接升级。

　　关键词：模数转换器;寄存器;串行口

　　我们通常使用的模数转换器(ADC)大多为积分型和逐次逼近型，积分型转换效果不够好，转换过程中带来的误差比较大;逐次逼近型转换效果较好但制作成本较高，尤其是高位数转换，转换位数越多，精度越高，制作成本就越高。而∑-△ADC 可以以相对逐次逼近型简单的电路结构，而得到低成本，高位数及高精度的转换效果∑-△ADC 大多设计为 16 或 24 bit 转换精度。近几年来，在相关的高精度仪器制作领域该转换器得到了越来越广泛的应用[1]。

　　1 ∑-△ADC 的基本工作原理简介

　　∑-△模数转换器的工作原理简单的讲，就是将 模数转换过后的数字量再做一次窄带低通滤波处理。当模拟量进入转换器后，先在调制器中做求积处理，并将模拟量转为数字量，在这个过程中会产生一定的量化噪声，这种噪声将影响到输出结果，因此，采用将转换过的数字量以较低的频率一位一位地传送到输出端，同时在这之间加一级低通滤波器的方法，就可将量化噪声过滤掉，从而得到一组精确的数字量[1，2]。

　　2 AD7708/AD7718，∑-△ADC的应用

　　AD7708/AD7718 是美国 ADI 公司若干种∑ΔADC 中的一种。其中 AD7708 为 16 bit 转换精度，AD7718 为 24 bit 转换精度，同为 28 条引脚，而且相同引脚功能相同，可以互换。为方便起见，下面只介绍其中一种，也是我们工作中用过的 AD7708。

　　2.1AD7708 的工作原理

　　同其它智能化器件一样，AD7708 也可以用软件来调节其所具有的功能，即通过微控制　器 MCU 编程 向 AD7708 的相应寄存器填写适当的参数。AD7708 芯片中共有11个寄存器，当模式寄存器(Mode Regis-ter)的最高位后，其工作方框

　　图[2]如图1所示。

　　此时，输出率可变化范围为 5.35 Hz 至105.03Hz，可以从中选择一个频率从而得到最佳的滤波效果。断续频率 fCHOP 也随之而定，为输出率(fADC)的二分之一。在 MUX 方框中模拟输入与fCHOP 混合，并将信号送入缓冲器BUF，在缓冲器中有一级 RC 低通滤波，过滤掉输入信号中的噪声信号，下一级 PGA 的功能是可编程调整信号增益，一个经过调整合适的输入信号才被送进∑-△调制器(MOD0)中进行求积，并转换为数字量，在 ∑-△MODO 中，对输入信号的采样频率为外部晶振频率 32.768 kHz，在对模拟信号进行量化处理的过程中会形成量化噪声，这个噪声会影响到输出的数字量，因此必须再次对转换过的数字量进行低通数字过滤，确保输出值准确无误，这里 AD7708 采用了 Sinc3或(sinx/x)3波器，它的主要作用就是消除由调制器产生的量化噪声，其中SF参数可根据所要滤掉的噪声频率大小用软件设定，默认值为 69(45H)，该值对 50～60Hz 的噪声有较好的抑制作用。当时，断续功能中止，与 fCHOP 相关的功能块也相应取消，此时流程图[2]如