對于汽車中電子器件，人們很容易一下子列舉出MCU、大量的傳感器、驅動部件等，似乎很難想起“不太起眼”的模數轉換器（ADC）。事實上，ADC特別是Σ-Δ型ADC分布在汽車的各個角落中。ADC正在使傳統意義上的傳感器變得不再傳統，傳統意義上的傳感器通常擔當的是信號調整的角色，即將客觀世界中一些非常微小的小信號轉換成可以被電子器件識別的電信號，但是現在的技術趨勢是這些傳統的純模擬的傳感器內部正在越來越多的引入數字處理的部分，而這其中就包括了Σ-Δ型ADC。

　　業界越來越多地將傳感器和Σ-Δ型ADC進行融合，來優化傳感器的性能。工程師們同時在模擬信號采集和數字后處理要求的兩個方面考察傳感器和轉換器，這不僅可以使轉換器“充分激發”傳感器元件的效能，以此優化傳感器性能，而且將成本減至最低。

　　汽車應用為何青睞Σ-Δ型ADC

　　Σ-Δ型ADC通常被認為是最復雜的模數轉換器架構，它的模擬部分非常簡單（類似于一個1bit ADC），而數字部分則要復雜得多，它綜合運用獨特的“采樣”與“降噪”技術，按照功能劃分為數字濾波和抽取單元。由于Σ-Δ型ADC更接近于一個數字器件，所以其制造成本相對低廉。

　　通常，Σ-Δ型ADC的分辨率非常高（16-24 位），不過速度較低（10-480 KSPS）。由于采用高倍率過采樣技術，降低了對傳感器信號進行濾波、前置放大的要求，實際上取消了信號調理，所以非常適合測量來自應變計、熱電偶和電阻溫度傳感器等傳感器的小信號而無需采樣保持放大器或增益調整放大器。

　　由于集成度的增加，先進的“數字傳感器”產品具有各種各樣的設計優勢或更加“智能”。ADC可以使用內部校準和線性化程序來處理傳感器輸出；傳感器可以校正傳感器增益和偏移，并產生片內傳感器激勵信號；數字控制型可編程增益放大器可用來“優化”ADC至特定傳感器讀數，然后重新配置以從相同的傳感器讀取一個不同的信號。ADC內置溫度監控功能并根據溫度調節轉換器輸出，可計算并消除熱誤差。微機電（MEMS）傳感器如加速度計和陀螺儀，同樣也結合了數據傳感器來感應慣性和旋轉運動，非常適用于汽車安全及穩定控制系統等一系列汽車應用場合?？傊?，這意味著設計人員不必像以往那樣過多關注如何處理具體的傳感器性能問題，從而加快上市并大多能改善性能。

　　引入數字處理的部分使汽車電子系統可以實現一些非常先進非常有用的功能，這些功能包括零點消除、自診斷、濾波頻段的設定、量程可調等。而Σ-Δ型ADC之所以能在這其中擔當重要角色，主要緣于它的架構。

　　圖2.各種ADC架構比較。

　　如上圖2所示為各種架構的ADC采樣率和精度的比較。通常我們有這樣的共識：最常用的通用架構一般是逐次逼近寄存器 （SAR） 型；而用于高分辨率（要求對從小到大的各種信號進行數字化處理的工業領域）的主要類型是Σ-Δ型；當前處理高速信號的模數轉換器大多是流水線型。

　　我們先來看一輛汽車對ADC動態范圍和分辨率的要求。汽車應用中通常要處理大的動態范圍的信號，例如如果要檢測電池的電量，當發動機熄火時，這時待機電流只有幾十毫安，而當起動機啟動時，工作電流可以達到幾百安，相差將近10萬倍，要檢測這么大的動態范圍的信號，當然需要具有大的動態范圍和非常高分辨率的ADC架構了。Σ-Δ型具有的寬動態范圍非常適合這一應用。除此之外，Σ-Δ型ADC高分辨率的特性還非常適合于汽車的安全應用。

　　雖然Σ-Δ型ADC相比其它架構的ADC速度并不高，但這并不影響它在汽車中的應用。如對于車輛側翻的檢測，汽車一側輪胎在開始抬起時候的角速度并不高。

　　Σ-Δ型ADC在汽車安全系統中的應用

　　圖3體現了Σ-Δ型ADC在MEMS傳感器中的應用實例，包括三個方面：安全氣囊、電子穩定系統、側翻的穩定系統。

　　圖3. 集成了Σ-Δ型ADC的MEMS傳感器用于汽車安全系統。

　　無論是安全氣囊還是電子穩定系統或者側翻的穩定系統，其系統設計原理都是基于用MEMS傳感器來檢測車的姿態。比如安全氣囊，當碰撞發生的時候去檢測這個碰撞所帶來位移的加速度和減速度，當加速度達到一定程度，才能判斷這是一個碰撞，而不是汽車本身的剎車帶來的減速度，這里的MEMS傳感器不只是檢測信號，還作為一個決策者的角色而存在。

　　對于電子穩定系統，則要判斷汽車在雪地上的轉彎是不是還帶有側滑，汽車轉彎時有一個角速度，當這個角速度達到一定的水平就是異常的側滑而不是車輛本身的轉彎。而側翻的趨勢也是一個角速度。這其中都會用到各種各樣MEMS傳感器，如加速度計和陀螺儀。

　　這些MEMS傳感器由許多非常微小的微米級的小彈片組成，如上圖3。當汽車發生碰撞或者有姿態變化的時候，加速度就會帶來一個位移，這個位移就會帶來一個電信號的變化，具體來說是電容信號的變化。通過這樣的結構，就把動作的趨勢轉化成了電信號的變化，沒有動作發生的時候，信號是0，當有動作的發生的時候，就輸出信號，并且動作幅度越大，電信號也越大。

　　但是，MEMS傳感器檢測的電信號是非常微弱的，這就需要將它放大，然后才能用一定采樣位數的轉換器轉換成數字信號輸出，再送給單片機或處理器進行分析，才能得到具體的加速度數值。這就是傳統的老一代MEMS傳感器的架構，它包含一個驅動用以驅動機械MEMS的單元，然后再用交流做激勵，將動作發生時候差分的電信號進行放大解調輸出，所以這是一個模擬的信號，當外部動作帶來位移變化的時候，通過MEMS的單元變成電信號直接輸出。