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:
- 增加采样频率 :将采样频率提高到远高于奈奎斯特频率。
- 量化噪声扩展 :量化噪声被扩展到更宽的频带。
- 数字滤波 :通过数字滤波器去除高频噪声。
- 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};
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