Особенности применения

Сравнение дельта-сигма АЦП с АЦП многотактного интегрирования показывает значительные преимущества первых. Прежде всего, линейность характеристики преобразования дельта-сигма АЦП выше, чем у АЦП многотактного интегрирования равной стоимости. Это объясняется тем, что интегратор дельта-сигма АЦП работает в значительно более узком динамическом диапазоне, и нелинейность переходной характеристики усилителя, на котором построен интегратор, сказывается значительно меньше. Емкость конденсатора интегратора у дельта-сигма АЦП значительно меньше (десятки пикофарад), так что этот конденсатор может быть изготовлен прямо на кристалле ИМС. Как следствие, дельта-сигма АЦП практически не имеет внешних элементов, что существенно сокращает площадь, занимаемую им на плате, и снижает уровень шумов. В  результате, например, 24-разрядный дельта-сигма АЦП AD7714 изготавливается в виде однокристальной ИМС в 24-выводном корпусе, потребляет 3 мВт мощности и стоит примерно 14 долларов США, а 18-разрядный АЦП восьмитактного интегрирования HI-7159 потребляет 75 мВт и стоит около 30 долларов. К тому же дельта-сигма АЦП начинает давать правильный результат через 3-4 отсчета после скачкообразного изменения входного сигнала, что при величине первой частоты режекции, равной 50 Гц, и 20-разрядном разрешении составляет 60-80 мс, а минимальное время преобразования АЦП HI-7159 для 18-разрядного разрешения и той же частоты режекции составляет 140 мс. В настоящее время ряд ведущих по аналого-цифровым ИМС фирм, такие как Analog Devices и Burr-Brown, прекратили производство АЦП многотактного интегрирования, полностью перейдя в области АЦ-преоб­ра­зо­ва­ния высокого разрешения на дельта-сигма АЦП.

Перечисленные достоинства достигаются ценой определенных ограничений, свойственных ДС-системам. Дельта-сигма АЦП и ЦАП при использовании требуют качественного проектирования устройств, в которых используются. Высокая тактовая частота (реальная частота квантования) создает проблемы конструирования, связанные с буферными усилителями, фильтрами и другими вспомогательными устройствами, в области высоких частот (например, тактовая частота АЦП AD7722 фирмы Analog Devices – 12,5 МГц).

Дельта-сигма преобразователи сейчас отвечают не всем требованиям ввода данных. Мультиплексирование на входе осложнено из-за большого времени установления внутреннего цифрового фильтра, а превышение уровня входного сигнала может вызывать насыщение внутренних модуляторов. Надо отметить, что дельта-сигма АЦП не рекомендуется напрямую применять в системах, предназначенных для абсолютных измерений. Это связано с их плохими статическими характеристиками: дрейфом коэффициента передачи и нуля в зависимости от температуры, абсолютной погрешностью шкалы до 1...5 %. Для преодоления этих недостатков следует использовать специальные схемы самокалибровки.

Естественно, ведутся работы по совершенствованию ДСАЦП. В результате, например, Texas Instruments предлагает 16-канальный 24-разрядный сигма-дельта АЦП ADS1258, который может измерить сигналы на всех 16 входных каналах менее, чем за 625 мкс при уровне шумов, приведенных ко входу, менее 12 мкВ и эффективном разрешении 20 бит. Как правило, для большинства сигма-дельта АЦП стабильный результат после переключения входных каналов может быть получен только через несколько считываний данных. ADS1258 не имеет такого ограничения и выдает установившиеся данные сразу, как только новый входной канал был подключен. ADS1258 поставляется в 48-выводных корпусах QFN-48, размерами 7х7 мм. Аналогичные разработки имеют Analog Devices и другие фирмы.