Δ-Σ型ADC取代面板仪表的积分ADC

本文比较了集成ADC和Δ-Σ型ADC架构用于面板仪表应用的优点。它介绍了两个面板仪表专用IC系列，MAX1491–MAX1499和MAX1365–MAX1368。

介绍

本应用笔记比较了集成ADC和Δ-Σ型ADC架构用于面板仪表应用的优点。它介绍了两个面板仪表专用IC系列，MAX1491–MAX1499和MAX1365–MAX1368。

集成 ADC 架构

面板仪表设计人员通常选择集成ADC，因为它们熟悉且广泛可用。集成式转换器架构结合了高分辨率和出色的噪声抑制性能，非常适合转换低带宽模拟信号。集成模数转换器 （ADC） 可抑制高频和 50Hz/60Hz 噪声。

如果积分周期时间 = T，则理论上完全拒绝 N（1/T） 的所有频率。可以选择T来抑制50Hz/60Hz噪声。由于模拟积分器实际上是一个低通滤波器，因此周期明显短于T的所有输入信号平均为零。对于数字面板仪表应用，多种集成ADC与内置发光二极管（LED）和液晶显示器（LCD）驱动器提供了独立的解决方案。ICL71系列行业标准集成ADC已过时，但也有改进的器件（表1）。

积分ADC的性能取决于精密积分和解积分周期，这需要外部精密元件。最关键的组件是自动归零和积分电容器。这两种电容器都需要出色的介电吸收特性来降低存储器效应，从而最终限制精度。这些高性能电容器价格昂贵，并且容易受到漏电流的影响，因此需要仔细的PCB布局和清洁。

这些ADC的其他缺点包括有些需要双电源，这会增加成本。此外，目前可用的集成ADC通常具有相对较大的尺寸。一个外部齐纳二极管产生ADC的基准电压。此外，非线性输入信号需要专门的信号调理，将信号转换为±2V或±200mV，以便在LED或LCD面板上显示。

Δ-Σ转换器

Δ-Σ转换器也非常适合低带宽、高分辨率采集。它们将简单的模拟调制器与更复杂的数字滤波器相结合。精度取决于使用高性能放大器的调制器的噪声和线性度性能。这些放大器不依赖于高精度外部元件。更小的工艺尺寸使IC制造商能够集成基准电压源、时钟源、电荷泵和显示驱动器，同时节省成本和空间。由于这些原因，设计人员现在更喜欢将Δ-Σ型ADC用于面板仪表应用。

数字滤波器将模拟调制器输出转换为数字输出字，并提供低通滤波。在面板仪表应用中，具有 50Hz 和 60Hz 陷波的 Sinc³ 滤波器响应可提供出色的 （> 100dB） 50Hz/60Hz 抑制性能。然而，Δ-Σ架构固有的一个缺点是滤波器不能以调制器采样频率的整数倍提供衰减。调制器频率基于过采样比（OSR）×数据输出速率。实际上，较大的过采样比导致调制器采样频率远高于输入信号的带宽。如果调制器采样频率处的输入信号幅度较小，则可以省略抗混叠滤波器，而不会降低系统性能。

MAX1491–MAX1499采用Δ-Σ架构，是面板仪表应用的绝佳选择。它们具有一个集成振荡器、一个内部 2.048V 带隙基准 （20ppm/°C 典型值）和一个片内电荷泵，该电荷泵在内部为双极性、高阻抗输入缓冲器 （典型值>为 1GΩ） 产生负电源。这些基于Δ-Σ的20位ADC还包括低电池电量警告、峰值检波器和保持功能。对于±2V输入范围，过采样比为128;对于±200mV输入范围，过采样比为1024。 MAX1365–MAX1368基于Δ-Σ ADC的数字面板表方案具有SPI™/QSPI/™ MICROWIRE®兼容串行接口，提高了设计灵活性。MAX1365–MAX1368还包括0–16mA （4–20mA）电流输出，允许驱动远程显示器和数模转换器（DAC），可通过SPI接口直接访问。除了取代配置面板仪表所需的DIP开关和跳线外，微控制器（μC）接口还允许对转换结果进行线性化或表查找。您可以在显示输出之前使用低成本μC。热电偶测量、热敏电阻测量和pH等非线性计算不再需要复杂的模拟线性化。使用表1选择建议的功能等效的积分面板仪表IC。

部分	分辨率（数字）	显示类型
ICL7106	3.5	液晶显示器	MAX1491
ICL7107	3.5	发光二极管	MAX1496
ICL7116	3.5	微磷	MAX1492、MAX1497
ICL7117	3.5	发光二极管	MAX1496
ICL7126	3.5	液晶显示器	MAX1491
ICL7129A	4.5	多路复用液晶显示器	MAX1493
ICL7136	3.5	液晶显示器	MAX1491
ICL7137	3.5	液晶显示器	MAX1496
MAX130	3.5	液晶显示器	MAX1491
MAX131	3.5	液晶显示器	MAX1491
MAX136	3.5	液晶显示器	MAX1491
MAX138	3.5	液晶显示器	MAX1491
MAX139	3.5	液晶显示器	MAX1498
MAX140	3.5	液晶显示器	MAX1496

审核编辑：郭婷