ADC的分类比较及性能指标.doc

ADC的分类比较及性能指标 1 A/D转换器的分类与比较 1 1.1 逐次比较式ADC 1 1.2 快闪式（Flash）ADC 2 1.3 折叠插值式（FoldingInterpolation）ADC 3 1.4 流水线式ADC 4 1.5 ∑-Δ型 6 1.6 不同ADC结构性能比较 6 2 ADC的性能指标 7 2.1 静态特性指标 7 2.2 动态特性指标 11 1 A/D转换器的分类与比较 A/D转换器（ADC）是模拟系统与数字系统接口的关键部件，长期以来一直被广泛应用于雷达、通信、电子对抗、声纳、卫星、导弹、测控系统、地震、医疗、仪器仪表、图像和音频等领域。随着计算机和通信产业的迅猛发展，进一步推动了ADC在便携式设备上的应用并使其有了长足进步，ADC正逐步向高速、高精度和低功耗的方向发展。 通常，A/D转换器具有三个基本功能：采样、量化和编码。如何实现这三个功能，决定了A/D转换器的电路结构和工作性能。A/D转换器的分类很多，按采样频率可划分为奈奎斯特采样ADC和过采样ADC，奈奎斯特采样ADC又可划分为高速ADC、中速ADC和低速ADC；按性能划分为高速ADC和高精度ADC；按结构划分为串行ADC、并行ADC和串并行ADC。 ∑-Δ型A/D转换器。 1.1 逐次比较式ADC 图1 SAR ADC原理图 图1是SAR ADC的原理框图。它主要由比较器、寄存器、D/A转换器和相应的控制电路组成。比较器的反相输入端通过输入电阻Ri与待转换的模拟电压相连，同相输入端与DAC的输出相连。逐次比较寄存器在控制电路的作用下，逐次改变其中的数码，并将寄存器中的数据送往DAC。 工作原理：首先将寄存器的最高位（MSB）置“1”，其余位置“0”，经DAC转换后转换成相应的模拟电压，送至比较器与Vi进行比较，如果Vi大于DAC转换后的输出电压，则将这个“1”保留；反之，若Vi小于DAC转换后的输出电压，则将该位的“1”清除。这样逐位比较，一直到最低位（LSB）为止。最后逐次比较寄存器中的数码将是最接近Vi的模拟电压，通过数据锁存器将结果并行送出。 由此可见这种A/D转换器在一个时钟周期里只完成1位转换N位转换就需要N个时钟周期故它的采样率不高输入带宽也较低它的优点是原理简单，便于实现，不存在延迟问题，适用于中速率而分辨率要求较高的场合 图2 全并行ADC系统结构图 与一般模数转换器相比，全并行ADC速度是最快的。由于不用逐次比较，它对N位数据不是转换N次，而是只转换一次，而且它的转换速度仅取决于比较器的速度，所以这种结构的ADC在各种结构中是转换速度最快的。另外一个优点是参考电源采用电阻串分压网络，它们是单调的，减少了非线性。 1.3 折叠插值式（FoldingInterpolation）ADC 折叠插值式ADC是目前结构最简单、所需元件最少的一种新型超高速、低功耗ADC结构。折叠结构的基本原理就是通过一个特殊的模拟预处理产生余差电压，并随后进行数字化，获得最低有效位(LSB)，最高有效位(MSB)则通过与折叠电路并行工作的粗分全并行A/D转换器得到，几乎在对信号采样的同时，对余差进行采样。 图3 折叠插值ADC基本结构框图 图3为折叠插值ADC的基本结构框图。其中输入信号通过采样保持电路后，分为两路，一路进入粗分ADC进行转换，产生数字信号的高n/2-1位，一路进入细分ADC进行转换，产生数字信号的低n/2+1位。这里，粗分ADC由Flash结构实现，细分ADC由折叠插值结构实现。所得到的结果，经过比特同步电路及编码电路，即可得到最终的二进制输出信号。其中采样保持电路保证了电路的输入带宽和两条信号路径的同步性。折叠插值结构的细分ADC，决定了电路的转换精度、误码率等特性，是电路设计的关键。 折叠方式的特点是：数据的两次量化是同时进行的，具有全并行转换的特点，速度较快；电路规模及功耗不大。 1.4 流水线式ADC 受数字系统中新发展的流水工作方式的启发，近年来在高精度视频ADC中提出了流水工作新方式。流水线结构ADC，也称为子区间式ADC，是在几个时钟周期的时间里，输入信号经过采样之后，顺序地沿着流水电路移动，一步一步地进行数字编码，并实时地进行时间误差校正，通过采用顺序比较的方法处理输入信号来完成A/D转换的。这种ADC电路能够提供高速、高分辨率的模数转换。此外，若与现代深亚微米技术的结合，它还可以应用在速度要求很高且功耗又很小（如便携式设备）的系统中。 流水线式模数转换器的原理图如图4所示。这种结构的模数转换器采用多个低精度的闪烁型模数转换器对采样信号进行分级量化，级的数目与ADC的分辨率相等，然后将各级的量化结果组合起来，构成一个高精度的量化输出。每一级由采样/保持电路(S/H)、低分辨率模数转换器和数模转换器以及求和电路构