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A/D 转换电路的外特性研究以及A/D 转换技术的发 展历程和趋势 学院： 专业： 学号： 学生： 指导教师： 目录 A/D 转换电路的外特性研究以及A/D 转换技术的发 展历程和趋势 1 引言 随着电子产业数字化程度的不断发展，逐渐形成了以数字系统为主体的格局。A/D 转换 器作为模拟和数字电路的接口，正受到日益广泛的关注。随着数字技术的飞速发展，人们对A/D 转换器的要求也越来越高，新型的模拟/数字转换技术不断涌现。本文主要介绍了当前几种常 用的 A/D 转换技术；并通过对数字技术发展近况的分析，探讨了 A/D 转换技术未来的发展趋 势。 2 A/D 转换器的发展历史 计算机、数字通讯等数字系统是处理数字信号的电路系统。然而，在实际应用中，遇到的大都是连续 变化的模拟量，因此，需要一种接口电路将模拟信号转换为数字信号。A/D 转换器正是基于这种要求应运 而生的。1970 年代初，由于 MOS 工艺的精度还不够高，所以模拟部分一般采用双极工艺，而数字部分则 采用 MOS 工艺，而且模拟部分和数字部分还不能做在同一个芯片上。因此，A/D 转换器只能采用多芯片 方式实现，成本很高。1975 年，一个采用 NMOS 工艺的 10 位逐次逼近型 A/D 转换器成为最早出现的单片 A/D 转换器。 1976 年，出现了分辨率为 11 位的单片 CMOS 积分型 A/D 转换器。此时的单片集成 A/D 转换器中， 数字部分占主体，模拟部分只起次要作用；而且，此时的 MOS 工艺相对于双极工艺还存在许多不足。1980 年代，出现了采用 BiCMOS 工艺制作的单片集成 A/D 转换器，但是工艺复杂，成本高。随着 CMOS 工艺 的不断发展，采用CMOS 工艺制作单片 A/D 转换器已成为主流。这种 A/D 转换器的成本低、功耗小。1990 年代，便携式电子产品的普遍应用要求 A/D 转换器的功耗尽可能地低。当时的 A/D 转换器功耗为 mW 级， 而现在已经可以降到 μW 级。A/D 转换器的转换精度和速度也在不断提高，目前，A/D 转换器的转换速度 已达到数百MSPS ，分辨率已经达到24 位。 3 A/D 转换技术的发展现状 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 转换器的类型很多，下面介绍几种目前常用的模 拟/数字转换技术。 3.1 全并行模拟/数字转换 全并行 A/D 转换器的结构如图1所示。它的工作原理非常简单，模拟输入信号同时与2N-1 个参考电压进行比较，只需一次转换就可以同时产生 n 位数字输出。它是迄今为止速度最快 的A/D 转换器，最高采样速率可以达到500MSPS 。但是，它也存在很多不足。首先，硬件开 销大，其功耗和面积与分辨率呈指数关系；其次，结构重复的并行比较器之间必须要精密匹 配，任何失配都会造成静态误差。而且，这种 A/D 转换器还容易产生离散和不确定的输出， 即所谓的“ 闪烁码” 。所以，全并行A/D 转换器只适用于分辨率较低的情况。 图1　N 位全并行 A/D 转换器结构框图 减小全并行 A/D 转换器的输入电容和电阻网络的级数是提高其性能的关键。为了达到这 一目的，采用了各种新技术，如将全并行结构与插值技术相结合，可降低功耗和面积，从而 可使全并行 A/D 转换器进行更高精度的模拟/数字转换。Lane C.设计了一个10位60MSPS 转换 速率的全并行 A/D 转换器，通过运用插值技术，将比较器的数目从1023个减小到512个，大 大节省了功耗和面积。 3.2 两步型模拟/数字转换 两步型 A/D 转换器的结构如图2所示。首先，由一个粗分全并行 A/D 转换器对输入进行 高位转换，产生 N1位的高位数字输出，并将此输出通过数字/模拟转换，恢复为模拟量；然 后，将原输入电压与此模拟量相减，对剩余量进行放大，再送到一个更精细的全并行模拟/数 字转换器进行转换，产生 N2位的低位数字输出；最后，将这两个 A/D 转换器的输出并联， 作为总的数字输出。 与全并行 A/D 转换器相比，此种类型