類比數位轉換器:三角積分式

一言以蔽之:Delta-Sigma ADC是一種常見的類比數位轉換器。

前文提到管線式類比數位轉換器,本文來談談另一種常見的ADC——Delta-Sigma ADC。

這次仍然用最小刻度只有1cm的直尺,來量測一條藍色緞帶的長度。

Delta-Sigma ADC explanation #1

將這把直尺放在這緞帶下方,一比發現,緞帶超過2cm,短於3cm。很遺憾地,這把直尺的刻度解析度太差了,所以只能量到這裡。但我們對2cm這個答案不太滿意,那怎麼辦?

Delta-Sigma ADC explanation #2

我們來看到超過2cm刻度的部分,這一小段叫residue。

Delta-Sigma ADC explanation #3

我們把residue複製再接到緞帶上,變長了再量還是記錄2cm。

Delta-Sigma ADC explanation #4

把超過2cm的部分稱之為residue2。

Delta-Sigma ADC explanation #5

把residue2複製再接到緞帶上,變長了再量,這次超過3cm,記錄3cm。

Delta-Sigma ADC explanation #6

把超過3cm的部分稱之為residue3。

Delta-Sigma ADC explanation #7

我們把residue3複製再接到緞帶上,變長了再量還是記錄2cm。

就這樣一直重複量測二十次,會得到2,2,3,2,3,2,2,3,2,3,2,2,3,2,3,2,2,3,2,3,這二十次的平均就是2.4cm。

簡單地說,上次量測被捨棄的小數部分就併入下次一直量,小數部分累積個幾次就超過1cm,長久下來就會在平均中顯示,這種調變的方式就叫做Delta-Sigma。

接著來說說Delta-Sigma ADC的中文翻譯,根據其物理意義「差異—累積」,應該翻譯為「微分—積分」,但由於Delta-Sigma通常用希臘字母ΔΣ來表示,其中Δ常被當成三角形,而Σ是summation的符號(仍然是積分),所以ΔΣ被翻譯成「三角—積分」,這就是「三角積分式類比數位轉換器」名稱的由來。

Delta-Sigma ADC的優點是如果量很多次,可以平均到小數點以下很多位,也就是解析度可以非常高。缺點則是需要量很多次,也就是說輸入訊號在量測的時候不能變(專業的術語是取樣頻率要遠遠高於訊號頻寬)。因此Delta-Sigma ADC通常用在頻率不快但要求解析度很高的訊號,像是音樂,很多高級的錄音器都是用Delta-Sigma ADC做的。