RZ MPU Delta-sigma的工作原理 Delta-Sigma的應(yīng)用簡介

目前隔離式Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器在伺服驅(qū)動(dòng)的相電流檢測中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，首先是高分辨率。它能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的分辨率，通常可達(dá)16位或更高，其次是低噪聲特性，Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有較低的噪聲水平，適用于對信噪比要求較高的應(yīng)用。此外，Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器還具有低成本、靈活性和高動(dòng)態(tài)范圍等優(yōu)點(diǎn)。

Delta-sigma工作原理

其硬件體系結(jié)構(gòu)包含積分器、比較器和1位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），如圖1所示按序排列在一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)中。將輸入信號(hào)和取反的DAC輸出相加作為積分器的輸入。

積分器的輸出是一個(gè)斜坡信號(hào)，該信號(hào)的斜率與積分器的輸入信號(hào)幅度成正比。積分器輸出與比較器參考信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生0或1。

比較器的二進(jìn)制輸出基于ADC過采樣時(shí)鐘送入數(shù)字抽取濾波器。每個(gè)位代表積分的斜坡輸出相對于比較器參考的方向，多次循環(huán)之后，位流代表輸入信號(hào)的量化數(shù)值。

圖1 delta-sigma模塊組成

其傳遞函數(shù)表達(dá)式為：

在低頻時(shí)f趨近于0輸出信號(hào)主要是輸入X，當(dāng)高頻時(shí)f>>1，輸出信號(hào)主要是噪聲Q，因此該模塊具有噪聲整形能力，對信號(hào)有低通效應(yīng)，對噪聲有高通效應(yīng)。

圖 2 ΔΣ的高低通整形圖

數(shù)字抽取濾波器將位流進(jìn)行平均，輸出期望采樣速率fs下的n位采樣。其實(shí)，平均過程等效于低通濾波，可以衰減量化噪聲，并從感興趣的頻帶中去除混疊成分。

這種數(shù)字抽取濾波器不僅可構(gòu)建出十分平坦的帶通響應(yīng)，不引入任何相位誤差，而且能夠在截止頻率具有陡峭的截止特性（約為采樣頻率fs的0.49倍），極佳地抑制無用頻率成分。

在抗混疊中發(fā)揮了重要作用。數(shù)字抽取濾波器通常為有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器，如梳濾波器，具有極高的性價(jià)比。RZ系列sinc函數(shù)框圖如下：

圖 3 Sinc濾波器框圖

電流檢測和過流檢測分別單獨(dú)設(shè)置，獨(dú)立控制每一路的sinc階數(shù)和抽樣率，滿足電流檢測和故障保護(hù)的不同要求。

量化噪聲

我們借助頻域分析來看看過采樣技術(shù)。當(dāng)直流轉(zhuǎn)換具有多達(dá)的量化誤差時(shí)，數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)便存在量化噪聲。理想的經(jīng)典N位采樣ADC在DC至的奈奎斯特頻段范圍均勻地分布著均方根大小為的量化噪聲(其中，q是一個(gè)LSB的值而fs是采采樣頻率)，因此，采用滿量程正弦波輸入時(shí)，

由于AD輸入的量化噪聲一般是白噪聲，不同頻率是不相關(guān)的，噪聲均勻的分布在頻率范圍內(nèi)。使用過采樣技術(shù)后，將會(huì)帶來信噪比的提升，修正后的信噪比表達(dá)式如下。

BW為輸入信號(hào)的帶寬。

RZ DSMIF介紹

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概述

瑞薩RZ系列MPU集成了delta-sigma外設(shè)（DSMIF），最多可以接6路外部ΔΣt調(diào)制器，能夠?qū)⒄{(diào)制的1位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為16位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高分辨率和低噪聲的信號(hào)轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)如下：

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模塊結(jié)構(gòu)框圖

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功能介紹

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數(shù)據(jù)精度與寄存器對應(yīng)的位置

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建立時(shí)間

通道激活建立時(shí)間：該建立時(shí)間是指從通道激活到濾波數(shù)據(jù)穩(wěn)定輸出的時(shí)間。其計(jì)算方式如下：

PWM同步后建立時(shí)間：該時(shí)間是指功抽樣計(jì)數(shù)器初始化觸發(fā)到濾波器穩(wěn)定輸出的時(shí)間。其計(jì)算如下：

審核編輯：劉清