八位转换电路设计.docVIP

八位转换电路设计 摘要：目前根据的分辨率、转换速率以及功耗等指标，大致可将划分为 积分型、逐次逼近型、流水线型、闪烁型以及Σ．△型。运算放大器中需要设计的器件包括运算放大器。由于在 中运算放大器起到了采样保持，放大后判决量化等作用，所以运算放大器的性能直接决定了 最终的性能。 第一章绪论 1.1.1 (模数转换器)的出现起源于模拟信号与数字信号之间的传递和处理。 将工艺应用于集成电路设计是一个巨大的进步，相比于传统的双极型 工艺，工艺具有低成本、低功耗和高集成度的特点，加上 艺的器 件尺寸可以按比例缩小，而尺寸的缩小也不断提高了器件的速度，对于 深亚微米的工艺更是如此，这就使得技术逐渐在模拟电路中占据主导地位。 随着工艺的不断发展和进步，技术已被证明是实现的最佳选择。 目前根据的分辨率、转换速率以及功耗等指标，大致可将划分为 积分型、逐次逼近型、流水线型、闪烁型以及Σ．△型[。。 ．． 的应用 随着计算机技术、通信技术和微电子技术的高速发展，信息技术已渗透到军 事、民用领域的各个角落。高速、高分辨率和已经成为现代先进的电 子设备或电子系统中不可或缺的重要组成部分。它广泛应用于雷达、声纳、高分 辨率视频和图像显示、军事和医疗成像、高性能的控制器与传感器、数字化仪表、 各种检测控制系统以及包括无线电话和基站接收机在内的数字通讯系统等领域 现在，第三代通信已经成为高速、高分辨率、低功耗、低成本发展的主要推 动力。目前己有为第三代通信而研发的采样频率达到的。 这种的输入采样／保持放大器具有超过的带宽 表．各类性能比较 1.1.3 原理结构框图 一般情况下，模拟信号到数字信号的转换需要经过以下几步骤： 图 数字信号处理流程 其中，各部分的功能如下： ??抗混迭滤波器：对输入信号滤波，滤除输入信号频带以外的信号 ??抽样电路：在抽样时钟控制下将输入信号抽样成为时间离散信号 ??保持电路：在变换过程中保持抽样值不变 ??量化电路：将抽样值变换为最接近的由二进制数字表示的值 ??编码电路：将二进制数字值变换为包括符号位的码字 ??时钟与控制电路：提供变换器所需时钟信号并按变换过程控制各部分电路的动作 值得注意的是，在具体的 电路中，量化和编码功能往往由一个电路实现。 几种 转换方案 高速主要有逐次逼近型，并行比较型(闪烁型)，分级型(半闪烁型)和流水线型等几种电路结构。其中，逐次逼近型是较为经典的低成本电路结构，主要用于中高速（）分辨率在（至位）场合。并行比较是现今速度最快的模数转换器，采样速率可达到以上，本节主要介绍后几种。 1.2.1并行比较型(闪烁型)模数转换器( ) 并行通常也称为“闪烁式”。它由电阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四部分组成。这种结构的所有位的转换是同时完成的， 其转换时间主要取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。增加输出代码对转换时间的影响较小，但随着分辨率的提高，需要高密度的模拟设计以实现转换所必需的数量很大的精密分压电阻和比较器电路。输出数字增加一位，精密电阻数量就要增加一倍， 比较器也近似增加一倍。 例如，位的需要个精密电阻和－个并联比较器。分压电阻网络的电压彼此相差个最低有效位 。原理电路如下图所示。 闪烁式要实现快速转换，每个比较器必须在相当高的功率状态下工作。如果要求提高其分辨率，除了增加比较器和电阻器的数量以外，基准电阻链上的每个电阻值都要很低，以对快速比较器提供足够大的偏置电流，从而要求基准电压源必须提供相当大的电流（）。因此闪烁式存在的问题是有限的分辨率，功耗大和芯片尺寸大（从而成本高）。 闪烁式的分辨率受管芯尺寸、过大的输入电容、大量比较器所产生的功率消耗等限制。结构重复的并联比较器如果精度不匹配，还会造成静态误差，如会使输入失调电压增大。同时，这一类型的由于比较器的亚稳态、编码气泡，还会产生离散的、不精确的输出，即所谓的“火花码”。这类的优点是模数转换速度最高，缺点是分辨率不高，功耗大，成本高。、、 、 图 原理单步转换、 1.2.2半闪烁式 现代发展的高速电路结构主要采用这种全并行的，但由于功率和体积的限制，要制造高分辨率闪烁式是不现实的。由两个较低分辨率的闪烁式 构成较高分辨率的半闪烁式或分级(流水线)型是当今世界制造高速的主要方。下图所示是一个位的两级并行半闪烁式的原理框图。其转换过程 分为两步：第一步是粗量化。先用并行方式进行高位的转换，作为转换后的高 位输出，同时再把数字输出进行转换，恢复成模拟电压。第二步是进一步细量化。把原输入电压与转换器输出的模拟电压相减后，对其差值进行倍放大再进行低位的 转换。然后将上述两级转换器的数字输出并联后作为总的输出。这样，在转换速度上作出了一点牺牲，但解决了分辨率提高和元件数目剧增的矛盾。 芯片实例：：位 转换器 .3 将半