小信號傳感器通常生成慢速移動的DC信號。對這類傳感器來說，Δ∑ADC就可以作為完整的高分辨率、低噪聲解決方案，而無需大部分仿真輸入電路。一些系統采用多個傳感器，這些傳感器要求輸出端帶多路復用器的高分辨率、低噪聲ADC相匹配。例如，汽車診斷應用就是一種多路復用傳感器系統，其通過眾多小信號傳感器監控溫度、胎壓、氣囊就緒情況等(如圖1所示)。盡管上述系統中，位于多路復用器輸入端的傳感器會產生低頻(接近DC)信號，但信道間的切換還是需要支持高速響應的 ADC。
ADC的時延以兩種常見的測量單位表示，分別是周期與秒。周期時延是指轉換初始與可用相應輸出數據間的完整數據周期數量。零時延或零周期時延有時也稱作無時延。以秒數計量的時延時間能告訴用戶完全穩定轉換的執行速度。
在圖1所示的系統中，必須確保多通道ADC具備分辨率高、噪聲低、零周期時延，以及低時延時間等特點。
2? ADC 周期時延
對ADC來說，周期時延是指輸入信號轉換初始階段與可用相應輸出數據間的完整數據周期數量(見圖2)。這種時延定義下的測量單位為N周期時延，這里的N是整數。圖2顯示了零周期時延(零時延) ADC與4周期時延ADC之間的計時示意圖。在圖2(a)的零周期時延下，N+0采樣周期啟動。獲得N+0的輸出數據后啟動N+1采樣周期。
具備零時延的Δ∑轉換器將在采樣周期中持續獲得輸入采樣，并不斷將信號調制為噪聲成形圖。Δ∑轉換器的數字低通／抽取濾波器累加噪聲成形信號，并在N+0周期末尾生成輸出代碼。如果數據在新采樣周期啟動前可用，則Δ∑轉換器的時延為零。輸出代碼表示經過濾的過采樣輸入信號。在N+1環節中，轉換器將啟動下一個采樣周期。
圖2(b)為4周期時延，N+0采樣周期啟動，四個轉換周期完成后提供N+0輸出數據。
SAR ADC支持零時延，許多Δ∑轉換器也同樣支持。圖1顯示了本應用中較好的選擇，即采用高分辨率的零時延Δ∑ADC。Δ∑ADC的一些數據表顯示能支持單周期轉換，這實際也表示該轉換器支持零時延。
德州儀器(TI)提供多種多路復用型零時延Δ∑ADC，支持低噪聲、高分辨率的解決方案(見圖3)。這些Δ∑轉換器支持濾波器工作掩碼，而且在一個周期結束時提供完全穩定的信號。例如，TI 的16通道24位ADS1258內置五階正弦數字濾波器，隨后是可編程的一階平均濾波器。該轉換器配置為自動掃描模式時，周期時延為零。在自動掃描模式中，ADS1258會自動掃描選中的通道，且支持先斷后接開關。
3? ADC 時延時間
時延時間通常視作理想步進輸入在一定誤差裕度內整合為最終數字輸出值所需的時間。誤差帶可表示為預定義的總輸出電壓步進百分比。轉換的時延時間是指從信號采集開始到數據可從轉換器下載之間的間隔。與周期時延參數形成對比的是，時延時間(或建立時間)永遠不會等于零。
圖4比較了多種多路復用Δ∑ADC 的時延時間性能。不同器件的零時延Δ∑ADC的時延時間不同，具體取決于系統時鐘與轉換器的數字濾波器的級數。大型應用需要多路復用ADC必須快速在整個通道中進行周期循環。這類應用的時延時間往往至關重要。如果ADS1258配置為自動掃描模式(零時延)，那么輸出數據在每次轉換結束時就會完全穩定。ADS1258在自動掃描模式下的極小時延時間為42μs。
如果已有中間或掩碼數字濾波器的結果的話，那么我們可縮短零時延Δ∑ADC的吞吐時間。在此模式下，數字輸出結果不一定完全穩定。對這類器件而言，吞吐時間總短于時延時間。縮短吞吐時間最適合慢速產生較小電壓變動的傳感器(如溫度傳感器、壓力傳感器或測壓組件等)。就這種類型的傳感器而言，更好的做法應當是進行幾次轉換，并對數據進行后處理。
如果ADS1258配置為固定信道模式，那么用戶就能獲得五階數字濾波器的中間結果。在ADS1258的固定信道模式下，轉換器不能逐通道自動周期循環，輸出數據不一定完全穩定。ADS1258在固定信道模式下的極小吞吐時間為8μs (是完全穩定的時延時間的五分之一)。
4 結論
對采用多個傳感器的應用而言，使用多路復用Δ∑ADC有成本與效率優勢，但同時也必須考慮到ADC可能引起的轉換時延問題，以及外部處理的時延問題。TI ADS1258支持低噪聲、零時延的16通道24位轉換。該器件的單周期低時延功能在每次轉換周期的末尾提供完全穩定的數據。在自動掃描模式下，ADS1258能在700μs內完成全部16個信道的轉換。對每個ADC 都要考慮周期時延與整體轉換時間問題，確保器件能發揮預定作用。
參考文獻
[1] ADS1258 數據表 (SBAS297D)
[2] dataconverter.ti.com