Микросхемы аналого-цифровые преобразователи данного типа были разработаны в 1960-1970 годах, а в 1980 стали производиться в виде интегральных микросхем. Зачастую их применяют в АЦП конвейерного типа.
Сигма-дельта АЦП (Σ-Δ АЦП) — это архитектура, которая жертвует скоростью ради исключительной точности и разрешения. Это достигается за счет использования двух ключевых методов: передискретизации и шумоподавления (шумового формирования). Благодаря этому, Σ-Δ АЦП являются стандартом для прецизионных измерений медленно меняющихся сигналов.
СИГМА ДЕЛЬТА АЦП
Задача АЦП – это преобразование напряжения в последовательность цифровых значений этого напряжения, которое измеряется через равные промежутки времени. Разрядность выходных данных является одним из основных параметров АЦП. Данный параметр обеспечивает отношение сигнал/шум преобразования и в конечном итоге динамический диапазон цифрового сигнала. Данное отношение (сигнал/шум) стараются увеличивать, для этого увеличивают разрядность АЦП. Отношение сигнал/шум аналого-цифрового преобразователя определяется исходя из формулы:
SN = N 6,02 + 1,76 (дБ)
где N – количество двоичных разрядов на выходе АЦП.
Еще одним важным параметром СИГМА АЦП является время получения сигнала на выходе. Одной из сложнейших задач при создании АЦП является возможность получения одновременно большой разрядности и высокой скорости преобразования.
Характеристики Σ-Δ АЦП сильно зависят от конкретной модели и ее назначения, но можно выделить основные параметры и их типичные диапазоны.
| Параметр | Описание | Типичные значения и примеры |
|---|---|---|
| Разрядность (Resolution) | Теоретическая точность, выражаемая в битах. | 16, 24 бита (наиболее распространены для высокой точности). Встречаются модели с разрешением до 20 бит. |
| Эффективная разрядность (ENOB) | Реальная точность с учетом шумов и искажений. | 13–16 бит (типично для 16-битных моделей), может достигать 24 бит и выше для прецизионных устройств. |
| Скорость выборки (Sample Rate) | Частота, с которой АЦП выдает готовые цифровые отсчеты. | От нескольких выборок в секунду (SPS) до сотен kSPS. Существуют высокоскоростные модели с частотой до 2.5 MSPS и даже 8 MSPS. |
| Отношение сигнал/шум (SNR) | Показывает, насколько уровень полезного сигнала превышает уровень шума. | 84.8 dB, 86 dB, 95 dB, >100 dB. Чем выше, тем лучше. |
| Коэффициент нелинейных искажений (THD) | Характеризует уровень гармонических искажений, вносимых АЦП. | Обычно составляет -77 dB, -83 dB или ниже (то есть искажения очень малы). |
| Коэффициент передискретизации (OSR) | Отношение частоты внутренней дискретизации к итоговой частоте выходных данных. | Ключевой параметр. Может быть фиксированным или программируемым в широком диапазоне, например, от 32 до 98304. Типичные значения: 64, 128, 160. |
| Порядок модулятора | Определяет эффективность шумоподавления. | 1-й, 2-й, 4-й, 5-й, 7-й порядок. Модуляторы более высокого порядка обеспечивают лучшее соотношение сигнал/шум. |
| Количество каналов | Число аналоговых входов. | От 1 до 8 и более (например, 8 дифференциальных или 16 несимметричных входов). |
| Напряжение питания | Требования к питанию. | Часто это низковольтные решения: 1.2 В, 3.3 В, 4.5–5.5 В. |
| Потребляемая мощность | Энергопотребление микросхемы. | От сотен микроватт (μW) для портативных устройств до десятков милливатт (mW). |
Чтобы увидеть, как эти параметры реализуются на практике, вот несколько примеров Σ-Δ АЦП из разных «весовых категорий»:
Microchip MCP346x/356x: 16/24-бит, до 8 каналов, скорость до 153.6 kSPS, программируемый коэффициент усиления (PGA) от 0.33x до 64x. Отличный пример универсального решения для промышленных датчиков.
Ruimeng MS53115: 24-бит, 8 дифференциальных каналов, скорость 2.5…125 kSPS, входной диапазон ±10 В. Предназначен для ПЛК и систем промышленной автоматизации.
TI (пример из портфолио): Существуют модели с частотой дискретизации до 8 MSPS и разрядностью 24 бита, что показывает потенциал архитектуры для более скоростных применений.
Главное, что нужно понять о Σ-Δ АЦП — это существующий в них компромисс. Чем выше вы хотите получить точность (разрядность), тем ниже будет максимальная скорость преобразования.
Эта зависимость хорошо иллюстрируется правилом: при 16 разрядах можно достичь скорости до ~100 квыб/с, а при 24 разрядах скорость падает до ~100–1000 выб/с.
Именно поэтому Σ-Δ АЦП являются идеальным выбором для задач, где требуется высокая точность и разрешающая способность, а не скорость:
Прецизионные измерения физических величин: температура, давление, вес, усилие, поток.
Медицинская и звуковая аппаратура: оцифровка сигналов ЭКГ, ЭЭГ, высококачественное аудио.
Промышленная автоматизация: системы сбора данных, ПЛК, модули распределенных систем управления (РСУ).
Датчики и IoT-устройства: портативные измерительные приборы с батарейным питанием.
СИГМА ДЕЛЬТА АЦП в наличии на складе в Санкт-Петербурге, цена от 175 ₽ при оптовом заказе, возможна доставка по всей России. Гарантия качества от производителя и оперативная отгрузка.