一般而言，設計人員會在較低頻率的應用中發現連續近似暫存器（SAR）及ΔΣ類比數位轉換器（ADC）。這些應用的訊號鏈通常是從產生低輸出電壓或電流訊號的感測器開始。這些訊號須要先放大和濾波，才能予以數位化。從中可看出，SAR及ΔΣ轉換器訊號路徑以極為不同的方式調節低感測器訊號。本文將解說多種代表性感測器的訊號特性以及各個轉換器類型的訊號鏈元件。對于訊號特性，本文中將探討對于各個轉換器類型的應用需求以及這些轉換器適用的情況。

感測器電氣特性分析

感測器應用的訊號鏈是從感測器開始。圖1顯示回應環境并將測得的數據轉換為電子訊號的幾種感測器。

圖1 用于SAR及ΔΣADC訊號調節電路的感測器

電阻溫度裝置（RTD）及電熱調節器的模擬符號是電阻。RTD阻抗相對較小（一般在0℃下為100Ohms），并且在0.00385Ohms/Ohm/℃下呈線性變化（白金RTD），且能夠感測-200℃800℃之間的溫度，使用者必須注意RTD阻抗在攝氏每度的微小變化。RTD元件適當的激發電流來源是？1毫安培（mA）。在阻抗轉換為電壓之后，RTD訊號將須要進一步放大。

對于-100℃175℃之間的溫度，負溫度系數（NTC）電熱調節器（感熱電阻）會產生較高的非線性阻抗。25℃下一般的電熱調節器阻抗是10kOhm。建立電源供應的簡單分壓器，就能夠產生可測量的熱調節器電壓。

溫差電耦的結構使用兩種不同的金屬，例如鉻和銅鎳合金（E類）或鎳鉻和鎳硅（N類），兩種不同的金屬以焊珠相接于電線的一端。焊珠顯露于散熱環境可造成焊珠與溫差電耦電線另一端之間的溫差。在這個環境中，兩條電線之間將出現電動勢（EMF）電壓。EMF電壓可涵蓋溫度范圍的數十毫伏特區域。不過，ΔEMF電壓在攝氏一度變化下也達到數十毫伏特。溫差電耦也需要訊號路徑的訊號增益，才能進行數位化。

工程人員都使用電阻橋接電路模擬壓力及負載感測器。正壓力或負載施加于四元件橋接時，兩個相對元件將壓縮回應，另兩個則變成拉張狀態。設計人員可將電壓或電流激發來源施加于此電阻橋接的高位。雖然激發的程度會影響感測器輸出的動態範圍，但是VOUT+與VOUT–之間的最大差一般介于數十至數百毫伏特之間。

光電二極體與相關前置放大器是基本光學活動與電子產品之間的連結。光感測電路用于電腦斷層（CT）掃描器、血液分析儀、煙霧感測器、位置感測器、紅外線高溫計及層析儀等系統中。在這些電路中，光電二極體會產生奈安培至微安培程度的小電流，這個電流隨著照度而呈等比變化。前置放大器可將光電二極體感測器的電流輸出訊號轉換為可用的電壓程度。

以上所述的所有感測器都須要激發來源及訊號調節電路，才能在訊號路徑的末端將小訊號轉換為類比數位轉換器可用的電壓程度。以下將說明SAR類比數位轉換器及ΔΣ類比數位轉換器的一般訊號鏈。

SAR-ADC訊號路徑

從感測器到微控制器（MCU）或微處理器（MPU）的SAR轉換器訊號鏈，包含訊號調節級、類比增益級、抗混疊濾波器（AAF）、SAR驅動器放大器以及SAR轉換器（圖2）。

圖2 SAR-ADC訊號路徑--偏壓感測器訊號經過放大及濾波，提供SAR轉換器適當的輸入訊號。

訊號調節級提供必要的感測器偏壓級電壓移位。在此訊號路徑中，類比增益級的用途是使感測器的電壓輸出範圍符合SAR轉換器的輸入范圍。如此一來，設計人員就能夠盡可能充分運用轉換器的位元數。例如感測器產生50毫伏特的總輸出范圍，而類比數位轉換器的輸入范圍是5伏特，則此類比增益級所需的類比增益是~100V/V。此電路位置適合的類比裝置類型是運算放大器或儀表放大器。

在圖2中，類比增益級之后是抗混疊濾波器。這個叁階至五階抗混疊（類比）濾波器會先移除疊加的類比訊號雜訊，訊號才會送達SAR轉換器。在訊號變成數位字組之前，AAF將減少會混疊回數位訊號的高頻率雜訊。類比濾波是資料獲取系統重要的部分。如果不使用類比濾波器，類比數位轉換器取樣頻寬一半之外的訊號將混疊回訊號路徑。一旦數位化程序期間混疊訊號，便無法以頻帶內和頻帶外的頻率區分雜訊。

SAR驅動器放大器會將訊號送到SAR類比數位轉換器。這個驅動器放大器具備極大的驅動能力，能夠將穩定的訊號送到轉換器。一旦SAR類比數位轉換器產生最終的數位字組，微控制器或微處理器便會進一步進行訊號濾波，將該訊號轉換為可用的數位值。SAR轉換器是媒體解析應用常見的架構。SAR類比數位轉換器的解析度介于8位元18位元之間，取樣速度不到10MSPS。

ΔΣADC訊號路徑

ΔΣ轉換器適合將直流各種頻率的訊號轉換為極高解析度的數位MHz訊號。圖3顯示ΔΣADC的基本感測器訊號路徑。這些轉換器的解析度介于12位元~24位元之間，取樣速度最高可達50MSPS。必須注意的是，這個配置圖看起來似乎比圖2的SAR類比數位轉換器訊號路徑簡單，但是事實上并非如此。前文所述SAR類比數位轉換器訊號路徑所有功能依然存在，只是這些功能全部移到ΔΣ轉換器內部而已。

圖3 ΔΣADC小訊號經過濾波，提供ΔΣ轉換器適當的輸入訊號范圍。

數位或處理增益取代圖2中的類比增益單元。只要將最低有效位元（LSB）的位置移入數位輸出字組，即可產生處理增益。在24位元轉換器的輸出範圍，共有四千零九十六個12位元轉換器。ΔΣ轉換器的24位元也可用來取代增益的類比功能及這個數位引擎的電壓移位。

ΔΣ轉換器「便于設計」的抗混疊濾波器可將類比輸入訊號內部的主要高頻率雜訊衰減。這個電阻式/電容式抗混疊濾波器的轉折頻率是ΔΣ的輸出資料頻率。ΔΣ轉換器另外可提供感測器激發來源及內部類比增益級。

本文介紹多種感測器的一般特性以及基本的SAR類比數位轉換器與ΔΣ類比數位轉換器訊號路徑。經過此次一般概述，可看出ΔΣ類比數位轉換器能夠提供理想的訊號路徑，這類轉換器的訊號調節電路最少，不過，建議不要抱持如此的定見。選擇任何一種轉換器時，都必須注意準確度、可重復性及成本等細節。