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AD7715在精密分析儀器中的應(yīng)用研究
摘要：新型高集成度∑-ΔADC正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。這種ADC只需極少外接元件就可直接處理微弱信號(hào)，僅適合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，也適合應(yīng)用在很多測量分析儀器中，取代傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器。本文通過對∑-Δ系列ADC和積分式以及逐次逼近式ADC的比較，以AD7115為實(shí)例說明這種取代的可行性。關(guān)鍵詞：∑-Δ技術(shù) AD7715 分析儀器 三線制串口
引言
AD7715模數(shù)轉(zhuǎn)換器是美國模擬器件公司（ADI）出品的采用和差轉(zhuǎn)換技術(shù)（∑-Δ技術(shù)）的系列ADC之一。該系列A/D轉(zhuǎn)換器均由信號(hào)緩沖、可編程增益放大、∑-Δ調(diào)制器、數(shù)字濾波、三線串行接口等幾部分組成，在性能、通道數(shù)、功耗等指標(biāo)上有差別。傳統(tǒng)的討論局限于將此類ADC應(yīng)用到手持儀器、工業(yè)儀表、DSP設(shè)備等便攜式系統(tǒng)中，以發(fā)揮其小體積、低功耗的特點(diǎn)。而在比較大的系統(tǒng)，例如高嚴(yán)謹(jǐn)分析儀器（如醫(yī)用生化類儀器和化學(xué)成分測量儀器）中，還是偏愛傳統(tǒng)的逐次比較或雙積分ADC。在我們以前設(shè)計(jì)的兩種智能儀器當(dāng)中，涉及到高阻低頻信號(hào)的測量時(shí)，曾使用過AD574和ICL7109。經(jīng)過認(rèn)真的分析，我們在其后的改型產(chǎn)品中，大膽使用了單通道的AD7715作為替換，考慮到成本以及我們所需要的通道數(shù)目，我們沒有使用AD公司的∑-Δ系列中的多通道產(chǎn)品，因?yàn)锳D7715的指標(biāo)已經(jīng)很好了。
這種嘗試取得了很好的效果，它不僅簡化了電路，縮小了面積，提高了分辨率，而且在抗干擾能力上不遜于雙積分式的7109；在量程處理和輸入信號(hào)的阻抗要求上雙比逐次逼近式的574靈活方便。轉(zhuǎn)換速度其實(shí)也是可變的，其滿足精度要求后的速度雖然和574不是一個(gè)數(shù)量級(jí)，但遠(yuǎn)比7109快，足以滿足系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換頻率要求。其唯一的缺點(diǎn)是，物理接線簡單的三線制串行數(shù)據(jù)接口造成數(shù)據(jù)處理和程序調(diào)試的麻煩，不過和其顯著的優(yōu)點(diǎn)相比，這點(diǎn)困難是值得克服的。
1 ∑-Δ技術(shù)和AD7715簡介
1.1 ∑-ΔADC工作原理
∑-Δ也稱為增量調(diào)制型轉(zhuǎn)換技術(shù)，和普通的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理不同，∑-Δ技術(shù)本身就采用了數(shù)字技術(shù)。使用∑-Δ技術(shù)的器件都具有數(shù)字系統(tǒng)所普遍具備的高可靠性、高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。
∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的模擬部分非常簡單（類似于一個(gè)1位ADC），而數(shù)字部分要復(fù)雜得多。由于更接近于一個(gè)數(shù)字器件，∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造成本很低廉。
簡單地說，∑-ΔADC以很低的采樣分辨率（1位）和很高的采樣速率將模擬信號(hào)數(shù)字化。通過使用采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波等方法增加有效分辨率，然后對ADC輸出進(jìn)行數(shù)字濾波和采樣抽取以降低有效采樣速度，使之符合分辨率和帶寬的要求。
∑-ΔADC主要由∑-Δ調(diào)制器、數(shù)字濾波和采樣抽取等幾部分組成，如圖1所示。
調(diào)制器本質(zhì)上是一個(gè)高速低精度（1位）的AD
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