Hochauflösende, effiziente inkrementelle Sigma-Delta-Modulatoren

Sigma-Delta (ΣΔ) ADCs sind aufgrund ihres Oversampling- und Rauschformungsverhaltens für verschiedene Anwendungen geeignet, so dass unabhängig von der Anpassungsgenauigkeit der analogen Komponenten hohe Auflösungen erreicht werden können. Für Multiplex-Anwendungen, bei denen ein ADC zur Digitalisierung des von mehreren Kanälen kommenden Eingangs verwendet wird, ist eine Sample-by-Sample-Wandlung erforderlich. Ungeachtet der vielen Vorteile von Sigma-Delta-ADCs ist jedes Ausgangssample von dem vorhergehenden abhängig, so dass eine Sample-by-Sample-Wandlung nicht möglich ist. Daher sind ADCs mit Nyquist-Rate (z. B. SAR ADC) im Bereich der Multiplex-Anwendungen vorherrschend.

Andererseits haben inkrementelle Sigma-Delta (I-ΣΔ)-ADCs in den letzten Jahren zunehmend an Interesse gewonnen, da sie die grundlegenden Eigenschaften eines frei laufenden ΣΔ-Modulators übernehmen. Durch Zurücksetzen der internen Zustände des Modulators und des nachfolgenden digitalen Filters innerhalb des ADC (Abb. 1) wird jedoch eine Abtastung nach Abtastung und eine echte Nyquist-Rate-Wandlung erreicht. Dadurch können I-ΣΔ-ADCs mit anderen ADCs mit Nyquist-Rate (z. B. SAR-ADCs) konkurrieren und aufgrund ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Elementfehlanpassungen hohe Auflösungen erreichen.

Der Bereich der I-ΣΔ-Modulatoren gilt als ein junges Forschungsgebiet mit vielen ungeklärten Phänomenen und einzigartigen Eigenschaften, die sich vom frei laufenden ΣΔ-ADC unterscheiden und ihm einen zusätzlichen Freiheitsgrad verleihen. Daher sind weitere Lösungen und Ideen zur Überwindung der Design-Herausforderungen und zur Erzielung hochauflösender, energieeffizienter Designs sehr erwünscht.