28、过采样ADC架构详解

过采样ADC架构详解

1. 引言

过采样模数转换器（ADC）是一种通过增加采样率来提高转换器性能的技术。通过将量化噪声扩展到更宽的频带，并通过数字滤波器滤除大部分噪声，过采样ADC能够显著提高信噪比（SNR）和无杂散动态范围（SFDR）。这种方法不仅提高了转换器的分辨率，还简化了模拟前端的设计，使其成为许多应用的理想选择。

2. 过采样原理

过采样的基本原理是通过提高采样频率来降低量化噪声的影响。具体来说，过采样比（OSR）定义为实际采样频率与奈奎斯特频率之比。过采样可以有效减少量化噪声的影响，从而提升ADC的整体性能。以下是过采样的基本步骤：

1. 增加采样频率 ：将采样频率提高到远高于奈奎斯特频率。
2. 量化噪声扩展 ：量化噪声被扩展到更宽的频带。
3. 数字滤波 ：通过数字滤波器去除高频噪声。
4. 降采样 ：将采样率恢复到原始水平，但此时信号的信噪比已经显著提高。

2.1 量化噪声扩展

在传统的奈奎斯特ADC中，量化噪声集中在奈奎斯特带宽内，限制了转换器的性能。而在过采样ADC中，量化噪声被扩展到更宽的频带，如图1所示。

graph LR;
    A[传统奈奎斯特ADC] --> B{量化噪声集中在奈奎斯特带宽};
    C[过采样ADC] --> D{量化噪声扩展到更宽频带};