RZ MPU Delta-sigma的工作原理 Delta-Sigma的应用简介

 

目前隔离式Delta-Sigma模数转换器在伺服驱动的相电流检测中得到越来越广泛的应用。

Delta-Sigma模数转换器具有多项优点，首先是高分辨率。它能够实现非常高的分辨率，通常可达16位或更高，其次是低噪声特性，Delta-Sigma模数转换器具有较低的噪声水平，适用于对信噪比要求较高的应用。此外，Delta-Sigma模数转换器还具有低成本、灵活性和高动态范围等优点。

Delta-sigma工作原理

其硬件体系结构包含积分器、比较器和1位数模转换器（DAC），如图1所示按序排列在一个负反馈系统中。将输入信号和取反的DAC输出相加作为积分器的输入。

积分器的输出是一个斜坡信号，该信号的斜率与积分器的输入信号幅度成正比。积分器输出与比较器参考信号进行比较，产生0或1。

比较器的二进制输出基于ADC过采样时钟送入数字抽取滤波器。每个位代表积分的斜坡输出相对于比较器参考的方向，多次循环之后，位流代表输入信号的量化数值。

图1 delta-sigma模块组成

其传递函数表达式为：

在低频时f趋近于0输出信号主要是输入X，当高频时f>>1，输出信号主要是噪声Q，因此该模块具有噪声整形能力，对信号有低通效应，对噪声有高通效应。

图 2 ΔΣ的高低通整形图

数字抽取滤波器将位流进行平均，输出期望采样速率fs下的n位采样。其实，平均过程等效于低通滤波，可以衰减量化噪声，并从感兴趣的频带中去除混叠成分。

这种数字抽取滤波器不仅可构建出十分平坦的带通响应，不引入任何相位误差，而且能够在截止频率具有陡峭的截止特性（约为采样频率fs的0.49倍），极佳地抑制无用频率成分。

在抗混叠中发挥了重要作用。数字抽取滤波器通常为有限脉冲响应（FIR）滤波器，如梳滤波器，具有极高的性价比。RZ系列sinc函数框图如下：

图 3 Sinc滤波器框图

电流检测和过流检测分别单独设置，独立控制每一路的sinc阶数和抽样率，满足电流检测和故障保护的不同要求。

量化噪声

我们借助频域分析来看看过采样技术。当直流转换具有多达的量化误差时，数据采样系统便存在量化噪声。理想的经典N位采样ADC在DC至的奈奎斯特频段范围均匀地分布着均方根大小为的量化噪声(其中，q是一个LSB的值而fs是采采样频率)，因此，采用满量程正弦波输入时，

由于AD输入的量化噪声一般是白噪声，不同频率是不相关的，噪声均匀的分布在频率范围内。使用过采样技术后，将会带来信噪比的提升，修正后的信噪比表达式如下。

BW为输入信号的带宽。

RZ DSMIF介绍

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概述

瑞萨RZ系列MPU集成了delta-sigma外设（DSMIF），最多可以接6路外部ΔΣt调制器，能够将调制的1位数字信号转换为16位数字数据，实现高分辨率和低噪声的信号转换。其主要参数如下：

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模块结构框图

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功能介绍

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数据精度与寄存器对应的位置

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建立时间

通道激活建立时间：该建立时间是指从通道激活到滤波数据稳定输出的时间。其计算方式如下：

PWM同步后建立时间：该时间是指功抽样计数器初始化触发到滤波器稳定输出的时间。其计算如下：

审核编辑：刘清