**ADC架构III：Sigma-Delta ADC基础**
**一、引言**
Σ-Δ(Σ-Δ)模数转换器在现代语音带、音频和高分辨率精密工业测量应用中是首选的转换器。其高度数字化的架构非常适合现代精细线宽的CMOS工艺，这使得在不显著增加成本的情况下轻松添加数字功能变得可能。由于Σ-Δ ADC的广泛应用，理解这种转换器架构的基本原理至关重要。
**二、Σ-Δ ADC的历史视角**
Σ-Δ ADC架构源于早期脉冲编码调制（PCM）系统的发展阶段，特别是与差分脉冲编码调制（DPCM）相关的传输技术——Delta调制。Max Hauser在参考文献1中对Σ-Δ ADC的历史和概念进行了深入讨论。Delta调制最早由ITT实验室在法国的E. M. Deloraine、S. Van Mierlo和B. Derjavitch于1946年发明（参考文献2、3）。
**三、Σ-Δ ADC的基本概念**
1. **过采样（Oversampling）**：过采样是指在高于奈奎斯特定理所需采样率的速率下采样信号，目的是降低量化噪声的影响。这允许Σ-Δ ADC使用较少的位数，同时保持较高的分辨率。
2. **量化噪声整形（Quantization Noise Shaping）**：量化噪声被设计成集中在频谱的某些区域，通常远离感兴趣的信号频段。通过这种方式，噪声可以被有效地“移出”信号带宽，提高信号质量。
3. **数字滤波（Digital Filtering）**：Σ-Δ ADC内部包含一个数字低通滤波器，它处理过采样后的信号，去除高频噪声并平滑输出。滤波器的设计对Σ-Δ ADC的性能有直接影响。
4. **降采样（Decimation）**：降采样是过采样后的一个步骤，它通过丢弃过采样数据中的部分样本来减少数据速率，同时保留信号的主要信息。这一过程减少了输出数据的速率，但保持了高分辨率。
**四、Σ-Δ ADC的进一步探讨**
在后续的教程MT-023中，将更深入地探讨Σ-Δ ADC的高级主题，包括：
- **空闲音（Idle Tones）**：在某些条件下，Σ-Δ ADC可能会产生不必要的固定频率噪声，称为空闲音，需要通过优化设计来消除。
- **多比特Σ-Δ ADCs**：与单比特Σ-Δ ADC相比，多比特设计可以提供更高的精度和更快的转换速率。
- **多级噪声整形Σ-Δ ADCs（MASH）**：多级架构增加了噪声整形的能力，进一步改善了噪声性能。
- **带通Σ-Δ ADCs**：这些ADC设计为只对特定频率范围内的信号敏感，适用于频带受限的应用。
- **应用示例**：教程还将介绍Σ-Δ ADC在实际应用中的具体实现和优势。
Σ-Δ ADC的这些特性使其在现代电子设备中具有广泛的应用，包括音频编解码器、数据采集系统、医疗设备和通信系统等。理解其工作原理对于设计和优化这些系统至关重要。
