Benjamin Reiss

當今的許多應用需要更小的外形尺寸，但仍需要相同的性能。開發人員經常面臨如何實現這一點的問題，并經常妥協。例如，可以通過犧牲噪聲性能或精度來減小外形尺寸。本文探討了使用連續時間Σ-Δ（CTSD）轉換器作為優化設計并降低物料清單（BOM）成本和外形尺寸的新方法。

為了實現所需傳感器或信號的最佳良率，信號鏈中的所有元件必須完美協調。從傳感器到模數轉換器（ADC）通常使用幾個分立元件。除傳感器和ADC外，還經常使用儀表放大器、ADC驅動器、基準電壓緩沖器和濾波器。選擇合適的ADC驅動器和濾波器設計尤其容易被低估。

優化設計、降低BOM成本和外形尺寸的一種方法是使用μModule器件。這些器件是高度集成的解決方案，包含轉換器以及緩沖器和無源元件。利用這種新的CTSD技術，可以直接驅動ADC，而無需使用放大器作為緩沖器。此外，新的拓撲結構可以簡化濾波器設計。圖1顯示了傳統分立時間ADC（DT-ADC）和CTSD轉換器之間的差異。與傳統設計相比，CTSD設計可將外形尺寸縮小多達68%。?

圖1.（a） 分立時間 ADC 拓撲，（b） 連續時間 Σ-Δ 轉換器，以及 （c） 通過開關電容輸入級的電荷注入反沖。

圖2.DTSD 和 CTSD 外形尺寸的比較，顯示通過 CTSD ADC 可以明顯節省成本。

在傳統的DT-ADC中，例如SAR ADC或Σ-Δ型ADC，使用開關電容拓撲。這可在ADC和基準輸入上找到。區分“采樣”和“保持”兩個階段。它們對應于“保持”電容器的充電和放電。因此，必須提供足夠的電流用于充電和放電以及由于寄生特性（電荷注入反沖）引起的電荷吸收。許多傳感器無法提供如此高的電流，因此需要緩沖。除此功能外，驅動器還必須足夠快（建立時間短，壓擺率高），以便建立“采樣”階段結束時的輸出（見圖1c），以便不會在所需信號中引入其他誤差。因此，對ADC驅動器的要求非常高。

CTSD轉換器具有阻性輸入，可由傳感器直接驅動。如果傳感器無法驅動ADC（例如，如果傳感器具有非常高的阻抗），則可以插入一個簡單的放大器進行阻抗轉換。

CTSD的另一個優點是固有的抗混疊濾波器（低通濾波器）特性。對于傳統拓撲結構，輸入端需要低通濾波器來濾除不需要的高頻信號。其原因是奈奎斯特準則，該準則規定采樣率必須至少是所需信號頻率的兩倍。如果采樣率太低，可能會出現混疊，并且不需要的噪聲可能會折疊到信號中。CTSD轉換器固有的抗混疊濾波器特性的一種解釋是，采樣不是在調制器輸入端發生，而是在環路濾波器之后發生。

結論

CTSD拓撲結構為優化信號鏈提供了傳統架構之外的進一步新可能性。此外，如果上市時間、BOM或外形尺寸起著重要作用，那么AD4134等ADC是不錯的選擇。由于其阻性輸入和固有的濾波器特性，可以使用它們簡化和優化許多設計。在許多應用中，可以省去ADC驅動器、濾波器設計的無源元件和基準電壓緩沖器。

審核編輯：郭婷