Σ-Δ(Sigma-Delta),過采樣型的Over-Sampled Σ-Δ Modulator的縮略語) ADC是近年來頗為流行的新產(chǎn)品。它應(yīng)用過采樣技術(shù)以時(shí)間交換精度，從而克服實(shí)現(xiàn)高精度ADC所需要電路的復(fù)雜性，成為數(shù)字VLSI中執(zhí)行高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換最引人目的方法。這種結(jié)構(gòu)充分揚(yáng)抑?jǐn)?shù)字和模擬技術(shù)各自的長短，使用很少的模擬器件與十分復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理電路來達(dá)到16位以上高精度目的，以很低的采樣分辨率(1位)和相當(dāng)高的采樣速率，高精度、低速度地將模擬信號(hào)數(shù)字化，特別適用于計(jì)量儀器、溫度檢測(cè)、應(yīng)變計(jì)、熱電偶、稱重、過程控制、智能變送器、醫(yī)療儀器、多媒體音頻轉(zhuǎn)換等應(yīng)用場(chǎng)合。
　　工作原理Σ-ΔADC的工作原理是首先從輸入信號(hào)減去DAC的輸出，即差分信號(hào)，用Δ表示，接著在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行積分，積分或求和一般用Σ表示，這就是Σ-Δ的名稱來源；然后與基準(zhǔn)比較產(chǎn)生1MHz高速1位ADC輸出(由1和0組成的位流)，為了提高分辨率，再對(duì)這種位流進(jìn)行數(shù)字濾波，實(shí)際上是一種以犧牲速度為代價(jià)的過采樣技術(shù)。利用過采樣、噪聲整形、數(shù)字濾波等方法增加有效分辨率，此后再對(duì)ADC輸出進(jìn)行采樣處理以降低有效采樣率。
　　Σ-ΔADC通常由 Σ-Δ調(diào)制器及連接于其后的數(shù)字濾波器構(gòu)成，另外它還包括一個(gè)時(shí)鐘單元，為調(diào)制器與數(shù)字濾波器提供適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)。一個(gè)一階Σ-ΔADC簡單例子哪圖1(a)所示，由一個(gè)差分器，一個(gè)積分器，一個(gè)比較器(統(tǒng)稱Σ-Δ調(diào)制器)和復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理電路構(gòu)成，Σ-Δ調(diào)制原理如圖1(b)，利用積分和反饋，把A/D變換中的量化折疊噪聲移出基帶。Σ-Δ調(diào)制器中的積分器數(shù)量定義為該Σ-Δ調(diào)制器的階數(shù)。對(duì)于高精度或更高頻率模擬信號(hào)，并考慮到電路的非理想性，一般采用2階、3階、4階甚至更高階的調(diào)制器，以進(jìn)一步降低量化折疊噪聲。當(dāng)Σ-Δ調(diào)制器工作時(shí)，圖1(a)中A、B、C、D點(diǎn)的信號(hào)描述如圖2所示，比較器輸出的脈沖序列占空比包含著代表模擬輸入電壓的數(shù)據(jù)，例如，圖2(a) 當(dāng)Vin=0時(shí)，輸出數(shù)字信號(hào)占空比為50%；當(dāng)模擬輸入為正時(shí)，1比特DAC輸出一定是在+VREF上所占的時(shí)間比重較大，調(diào)制器輸出1的個(gè)數(shù)多于0的個(gè)數(shù)，因而占空比增加，如圖2(b)所示；相反，當(dāng)模擬輸入為負(fù)時(shí)，占空比減少。如此反復(fù)，比較器輸出1或0的數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)流中為1的值是與模擬輸入量成正比的，輸出的數(shù)據(jù)流經(jīng)過壓縮、濾波后，就生產(chǎn)了Σ-ΔADC的數(shù)字輸出，整個(gè)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
　　通過數(shù)字濾波，可以去除轉(zhuǎn)換處理期間注入的噪聲；數(shù)字濾波器降低了帶寬，為提高Σ-Δ調(diào)制器的帶寬，目前國際上也采用多位的Σ-Δ調(diào)制器。降低輸出數(shù)據(jù)速度的方法是通過每輸出M個(gè)數(shù)據(jù)抽取1個(gè)數(shù)字重采樣抽取方法實(shí)現(xiàn)的。
　　Σ-ΔADC的分辨率高達(dá)24位，轉(zhuǎn)換速度高于積分型、壓頻變換型ADC，采用混合信號(hào)CMOS制造工藝技術(shù)。在同一芯片上很容易實(shí)現(xiàn)低價(jià)格、高分辨率數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號(hào)處理電路。由于采用高倍率過采樣技術(shù)，降低了對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波，前置放大的要求，實(shí)際上取消了信號(hào)調(diào)理。

　　產(chǎn)品類型與發(fā)展
　　Σ-ΔADC按應(yīng)用要求，可分為高速、調(diào)制解調(diào)、編碼器、傳感器低頻測(cè)量等4類，其中每一類Σ-ΔADC又根據(jù)具體應(yīng)用要求分成許多型號(hào)，給用戶帶來極大的方便。例如，AD7710系更是用于信號(hào)調(diào)理、傳感器輸入的Σ-ΔADC，適用范圍較廣，表1示出其主要性能。

Burr-Brown公司(Ti)
　　ADS1201、DDC112、DAC1220也是性能優(yōu)良的Σ-ΔADC，ADS1201適用于測(cè)試領(lǐng)域，如智能發(fā)射機(jī)、工業(yè)過程控制等；DDC112把低電平電流(例如光敏傳感器的輸出電流)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)镃T掃描設(shè)備、紅外檢測(cè)器、血液分析、液相或氣相色譜儀以及高精度過程控制；DAC1220主要用于工業(yè)過程的閉環(huán)控制及高分辨的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)。
　　目前，Σ-Δ電路結(jié)構(gòu)已占據(jù)16位以上分辨率的通用ADC市場(chǎng)，發(fā)展到23-26位以上分辨率，且價(jià)格低廉，但其輸入帶寬有限、針對(duì)這一問題，一些有實(shí)力的公司正集中資金與智力，研究提高其轉(zhuǎn)換速度的技術(shù)，達(dá)到適應(yīng)諸如數(shù)字廣播接收機(jī)、醫(yī)用超聲波等需要的實(shí)際要求。
　　Σ-Δ電路結(jié)構(gòu)不僅在高分率低速或中速ADC方面將逐步取代逐次逼近型與積分型電路結(jié)構(gòu)，而且這種結(jié)構(gòu)同流水線結(jié)構(gòu)相結(jié)合，向高速方面研發(fā)，有望實(shí)現(xiàn)高分辨率、高轉(zhuǎn)換速率為Σ-ΔADC。