连续时间与离散时间Σ-Δ模数转换器架构及工业应用性能对比
2026年06月10日 13:45
Σ-Δ 型 模数转换器 （ADC）可轻松实现 24 位及以上的有效位数（ENOB），极其适用于微弱信号的精密测量。该类转换器广泛应用于电子秤、压力表、工业温度传感器（如电阻式温度检测器、热电偶）、高保真音频录放以及生理信号监测（心电图、脑电图等）场景。
相较于逐次逼近寄存器型（SAR）ADC 和流水线型 ADC，传统 Σ-Δ ADC 依靠 过采样 与均值处理换取测量精度，牺牲了转换速率，因此输出数据速率受限。而连续时间（CT）Σ-Δ ADC的问世，将其输出采样速率从每秒数百采样点提升至兆采样点级别，大幅拓展了应用范围。本文重点剖析连续时间 Σ-Δ ADC 的架构，并与离散时间（DT）Σ-Δ ADC展开对比分析。
由于 Σ-Δ ADC 在工业领域主要用于精密信号采集， 信噪比 （SNR）与有效位数（ENOB）便成为评判其性能的核心指标。
本文借助亚德诺半导体（ADI）的信号链路设计工具，对直流电压、中高频交流电压、压力传感器、电流检测等典型工业场景进行建模；选取AD4134（连续时间型）与AD7768-1（离散时间型）作为对比器件，实测两款芯片的 信噪比 与有效位数表现。
调制器
图 1 为 Σ-Δ ADC 完整功能框图，调制器是其核心单元。在离散时间架构中，模拟输入信号首先经 过采样 保持电路（S&H），再送入调制器环路。调制器按照 过采样 时钟频率工作，量化器在每个时钟周期更新输出，生成高速、低位宽的数字码流，作为后级数字滤波器与抽取电路的输入信号。