Convertitore analogico - digitale SIGMA DELTA

Filtro digitale e decimatore

L'uscita del modulatore SD e' uno sequenza di bit  alla frequenza di campionamento che e' dell' ordine MHz. La funzione del filtro digitale e del decimatore e' quella di ricavare dalla sequenza di bit la informazione e di ridurre il data rate ad un valore utilizzabile. In figura 9 e' riportato lo schema a blocchi della parte digitale del modulatore SD.

Figura 9: schema a blocchi della parte digitale di un ADC Sigma Delta

In un convertitore ADC SD il filtro digitale media la sequenza di bit, migliora la risoluzione e rimuove il rumore di quantizzazione che si trova al di fuori della banda di interesse. Nell'ambito degli ADC SD una topologia molto usata per il filtro digitale passo basso e' il filtro SINC³. In figura 10 sono riportati i grafici relativi a questo tipo d filtro.

Figura 10: diagrammi tipici del filtro SINC³ ( passa basso)

Il principale vantaggio di questo tipo di filtro e' la risposta di tipo notch. La posizione del notch e' direttamente legata alla frequenza di dato in uscita(data rate). Il tempo di assestamento (settling time) del filtro SINC³ e' pari a tre volte il periodo di data word. Se per esempio si usa una frequenza di uscita di 60 Hz il tempo di assestamento del filtro sarà di 3*(1/60)= 50ms. Per applicazioni con basse risoluzioni e veloci tempi di assestamento ( settling time) si sceglie come filtro il tipo SINC¹ che ha un settling time pari ad 1 periodo di word. Quindi nel caso di 60 Hz come frequenza di word il settling time e' di 1/60= 16.7ms.

Il filtro digitale riduce la bande del segnale in uscita per cui la frequenza di uscita del dato per soddisfare il criterio di Nyquist deve essere minore della frequenza di campionamento (kFs). Ciò si può ottenere mantenendo un certo ammontare dei campioni di ingresso. Questo processo si chiama decimazione. In genere si introduce un fattore M ( rapporto di decimazione) che e' un numero intero  fissato in modo che la frequenza di uscita del dato soddisfi il criterio di Nyquist ovvero che sia maggiore del doppio della banda del segnale. In figura 11 e' mostrato il caso in cui la frequenza di campionamento Fs e' molto grande rispetto alla banda del segnale  ( linea verticale blu più alta). Il fattore M può essere scelto in modo che la banda del filtro digitale e quindi il decimatore siano tali che tutto il segnale sia preso senza perdere informazioni. 

Figura 11: effetto della decimazione con fattore M

RIFERIMENTI

Demystifying Sigma-Delta ADCs: Application note 1870- http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/1870/ -MAXIM