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模拟集成电路设计—模/数转换器设计
来源:整理综合自《集成电路产业全书》 | 作者:Belle | 发布时间: 2022-06-22 | 300 次浏览 | 分享到:

典型的ADC类型包括双积分型ADC、Sigma-Delta型ADC、逐次逼近(SAR)型ADC、流水线(Pipelined) 型ADC和Flash型ADC等。


双积分型ADC是一种间接型ADC,它先对输入的采样信号和基准电压进行两次积分,获得与输入信号成正比的时间间隔;同时用计数器对标准时钟脉冲计数,计数器的计数值就是ADC输出的数字量。在具体电路中,运放和比较器的失调是一个重要的性能限制因素,需要采用自动调零等方法进行消除。


Sigma-Delta型ADC也称为过采样ADC。它由Sigma-Delta调制器及连接其后的数字滤波器构成,尤其适用于音频信号处理、生物医疗信号采集等低额高精度模数转换要求的应用中。其高精度转换来源于两种主要技术,即过采样技术和噪声整形技术。过采样技术将信号带宽变为奈奎斯特频率的一小部分,因此,量化噪声被分散到更宽的频率范围。噪声整形技术通过改变噪声传递函数,降低带内噪声,进一步提高所关心频带以内的信噪比。对于所关心频带以外的较大部分频带的量化噪声,可以采用数字技术进行消除。


逐次逼近型ADC是一种直接型ADC,它产生-系列比较电压,从高位到低位逐次将比较电压与输入电压进行比较,以逐渐逼近的方式进行模/数转换。逐次逼近型ADC可以使用电容网络及电荷再分配方式,理论上可以实现较低的功耗。逐次逼近ADC属于中速ADC器件,近年来多种新技术,特别是异步工作方式的采用,不断提高了逐次逼近型ADC的转换速率。


流水线型ADC又称子区式ADC,由级联的若干结构相似的低精度模/数转换器电路组成,能提供中速、高分辨率的模数转换。由于流水线型ADC中各级电路分别有自己的采样/保持电路,只要某一级完成 了采样的变换并把结果输入给下一级,本级电路就可释放出来处理下一次采样,因此流水线操作提高了转换速度。对于流水线型ADC,最严格的要求在输入的采样保持电路以及流水线的前几级。DAC 的误差会修改整个LSB段的余量,从而影响整个ADC的线性度。所以,前级DAC精度必须比ADC所要求的INL更高,以确保整体响应的线性度。


Flash 型ADC称闪烁型ADC。输入信号被采样后同时与多个参考电压进行比较,因此转换速度快,是一种直接型ADC。Flash ADC有以下几个限制因素需要注意。第一,一个N位的Flash ADC需要2N-1个比较器。分辨率N的提高,会使电路面积和功耗都增大很多。第二,比较器个数过多带来输入带宽减小。第三,由于电阻串将参考电压分成多段接入比较器,所以需要比较器在较宽的共