通信1303張然13211074數(shù)電研討

1、北京交通大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)研究論文A/D轉(zhuǎn)換電路的外特性研究 分辨率為32位、轉(zhuǎn)換速度為10ns的A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)思路學(xué) 院：電信學(xué)院專 業(yè)：通信工程學(xué) 號(hào)：13211074學(xué) 生：張然指 導(dǎo) 教 師：任希2015年12月目錄一 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理1二 A/D轉(zhuǎn)換的過程2三 當(dāng)前的幾種較為常見的A/D轉(zhuǎn)換電路的外特性研究23.1積分型A/D轉(zhuǎn)換器原理及外特性33.2逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性33.3并行比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性43.4 過采樣-型AD轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性43.5流水線型AD轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性43.6幾種AD轉(zhuǎn)換電路的外特性比較6四 設(shè)計(jì)一個(gè)分辨率

2、為32位、轉(zhuǎn)換速度為10ns的A/D轉(zhuǎn)換電路（不計(jì)成本）64.1通過對(duì)上述A/D轉(zhuǎn)換電路外特性的研究確定設(shè)計(jì)思路64.2閃爍型A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)思路74.3流水線型A/D轉(zhuǎn)換電路7五 對(duì)其未來發(fā)展的展望10六 總結(jié)10A/D轉(zhuǎn)換電路的外特性研究 分辨率為32位、轉(zhuǎn)換速度為10ns的A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)思路張然北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院 通信1303班摘要：本文是設(shè)計(jì)一個(gè)分辨率為32位、轉(zhuǎn)換速度為10ns的A/D轉(zhuǎn)換電路（不計(jì)成本）提出并行比較型和流水線型電路兩種設(shè)計(jì)思路。其中主要是從A/D轉(zhuǎn)換器的原理入手，構(gòu)建了此電路。同時(shí)對(duì)A/D領(lǐng)域未來的發(fā)展進(jìn)行展望。 關(guān)鍵字：外特性 流水線型A/D轉(zhuǎn)

3、換電路 ；并行比較型A/D轉(zhuǎn)換電路；轉(zhuǎn)換速度；分辨率Abstract：This paper is to design A resolution for 32-bit, converting speed for 10 ns (ignoring cost) A/D conversion circuit and parallel comparison type pipeline circuit two design train of thought. Mainly from the A/D converter, the principle of this circuit is constructed

4、. At the same time, the paper points out the future development of A/D field.The keyword：External characteristic pipeline A/D conversion circuit；The parallel comparison type A/D conversion circuit；Conversion speed；distinguishability一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、

5、位移、聲音等非電信號(hào)。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有8位、10位、12位和16位等。A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 主要介紹以下三種方法： 逐次逼近法 、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法。(1). 逐次逼近法逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存

6、器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為 o，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量i進(jìn)行比較，若o<i，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的 o再與i比較，若o<i，該位1被保留，否則被清除。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個(gè)控制電路的控制下進(jìn)行的。(2)雙積分法采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成?；驹硎菍⑤斎腚妷?/p>

7、變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，再把此時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的原理框圖雙積分法A/D轉(zhuǎn)換的過程是：先將開關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量i，i采樣輸入到積分器，積分器從零開始進(jìn)行固定時(shí)間的正向積分，時(shí)間到后，開關(guān)再接通與i極性相反的基準(zhǔn)電壓F，將F輸入到積分器，進(jìn)行反向積分，直到輸出為0V時(shí)停止積分。i越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時(shí)間也越長(zhǎng)。計(jì)數(shù)器在反向積分時(shí)間內(nèi)所計(jì)的數(shù)值，就是輸入模擬電壓i所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。(3)電壓頻率轉(zhuǎn)換法采用電壓頻率轉(zhuǎn)換法的A/D轉(zhuǎn)換器，由計(jì)數(shù)器、控制門及一個(gè)具有恒定時(shí)間的時(shí)鐘門控制信號(hào)組成。它的工作原理是/F轉(zhuǎn)換電路把輸入

8、的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與模擬電壓成正比的脈沖信號(hào)。電壓頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理框圖電壓頻率轉(zhuǎn)換法的工作過程是：當(dāng)模擬電壓i加到V/F的輸入端，便產(chǎn)生頻率F與Vi成正比的脈沖，在一定的時(shí)間內(nèi)對(duì)該脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，時(shí)間到，統(tǒng)計(jì)到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值正比于輸入電壓Vi，從而完成A/D轉(zhuǎn)換。二、A/D轉(zhuǎn)換的過程A/D轉(zhuǎn)換可分為4個(gè)階段：即采樣、保持、量化和編碼。采樣就是將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的信號(hào)，考慮到模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的非線性失真、量化噪聲及接收機(jī)噪聲等因素的影響，采樣頻率一般取253倍的最高頻率成分。要把一個(gè)采樣信號(hào)準(zhǔn)確地?cái)?shù)字化，就需要將采樣所得的瞬時(shí)模擬信號(hào)保持一段時(shí)間，這就是保持過程。保持是將時(shí)間

9、離散、數(shù)值連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間連續(xù)、數(shù)值離散信號(hào)，雖然邏輯上保持器是一個(gè)獨(dú)立的單元，但是，實(shí)際上保持器總是與采樣器做在一起，兩者合稱采樣保持器。圖給出了AD采樣電路的采樣時(shí)序圖，采樣輸出的信號(hào)在保持期間即可進(jìn)行量化和編碼。采樣輸出的信號(hào)在保持期間即可進(jìn)行量化和編碼，量化是將時(shí)間連續(xù)、數(shù)值離散的信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度離散的信號(hào)；編碼是將量化后的信號(hào)編碼成二進(jìn)制代碼輸出。到此，也就完成了A/D轉(zhuǎn)換，這些過程通常是合并進(jìn)行的。三、當(dāng)前的幾種較為常見的A/D轉(zhuǎn)換電路的外特性研究速度和精度作為A/D轉(zhuǎn)換電路的最重要的兩個(gè)外部特性，研究不同電路的速度和精度，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩者之間又有什么內(nèi)部聯(lián)系呢？3.1積

10、分型A/D轉(zhuǎn)換器原理及外特性積分型A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)是目前最常見的技術(shù)，它有單積分和雙積分兩種轉(zhuǎn)換方式，單積分型A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換精度不高，所以現(xiàn)在已經(jīng)基本被淘汰。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換電路通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔。 積分型A/D轉(zhuǎn)換器與此同時(shí)，在此時(shí)間間隔內(nèi)利用計(jì)數(shù)器對(duì) 時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換;雙積分型轉(zhuǎn)換器通過對(duì)模擬輸入信號(hào)的兩次積分，部分抵消了由于斜坡發(fā)生器所產(chǎn)生的誤差，提高了轉(zhuǎn)換精度。雙積分型轉(zhuǎn)換方式的外特性表現(xiàn)為精度較高，轉(zhuǎn)換速度慢，能夠大幅抑止高頻噪聲。雙積分型轉(zhuǎn)換方式是一種將模擬量轉(zhuǎn)化為時(shí)間量，再?gòu)臅r(shí)間量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的間接轉(zhuǎn)換方式，并且由

11、于積分電路的響應(yīng)是輸入信號(hào)的平均值，所以它具有較強(qiáng)的抗干擾能力，另外在兩次積分內(nèi)，只要RC元件參數(shù)不發(fā)生瞬變，轉(zhuǎn)換結(jié)果 就與RC無關(guān)，故分辨率相對(duì)較高，最高可以達(dá)到22位。由于積分電容的作用，能夠大幅抑止高頻噪聲，是的電路的抗干擾能力強(qiáng)。但是，正是由于它是一個(gè)以時(shí)間量作為中間變量的電路，故當(dāng)分辨率的要求增加時(shí)，其轉(zhuǎn)換的時(shí)間必然會(huì)增加，故要提高其轉(zhuǎn)換速度必然會(huì)犧牲精度。目前每秒100-300次(SPS)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換精度為12位。所以這種轉(zhuǎn)換方式主要應(yīng)用在低速高精度的轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，如數(shù)字儀表領(lǐng)域。3.2逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理可以用天平測(cè)量質(zhì)量來比較，設(shè)被測(cè)

12、物的質(zhì)量在量程內(nèi)，根據(jù)優(yōu)選法，先去最大的砝碼（相當(dāng)于滿量程的一半），看天平如何傾斜，已決定該砝碼的去留；然后依次取四分之一量程，八分之一量程等的砝碼，最終可以以最小砝碼逼近被測(cè)質(zhì)量。類似的，它是將需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)與已知的不同 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓不斷進(jìn)行比較，1個(gè)時(shí)鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，N位轉(zhuǎn)換需要N個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)換完成，輸出二進(jìn)制數(shù)。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的外特性表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換速度中等，精度較高，輸入帶寬較低。由其轉(zhuǎn)換電路的原理可知，其分辨率要求越高，則所需要的時(shí)鐘周期就越多，故分辨率分辨率和轉(zhuǎn)換速率是矛盾的，要提高分辨率就必然犧牲轉(zhuǎn)換速率。由于該電路中有數(shù)模轉(zhuǎn)換器，故當(dāng)精度要

13、求不斷提高時(shí)就需要相應(yīng)分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，而這相對(duì)難于實(shí)現(xiàn)，所以其分辨率的高也是在一個(gè)相對(duì)的范圍內(nèi)。當(dāng)分辨率低于12位時(shí)價(jià)格低，采樣速率可達(dá)1MSPS。故其適用于中速率而分辨率要求相對(duì)較高的場(chǎng)合，并且與其它A/D相比，功耗相當(dāng)?shù)汀?.3并行比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性并行比較器也稱Flash（閃爍型） ADC，是一種最便于理解，最直接并且是當(dāng)前速度最快的轉(zhuǎn)換方案。它主要由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、比較器、編碼器等組成。 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器這種A/D轉(zhuǎn)換器速度是最快的，由于轉(zhuǎn)換是并行的，其轉(zhuǎn)換時(shí)間只受比較器、觸發(fā)器和編碼電路延遲時(shí)間限制，因此它在所有電路中轉(zhuǎn)換速度是最快的，但是由于本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，

14、如比較器數(shù)量較多，當(dāng)分辨率為N時(shí)，需要用到2的N次方減1個(gè)比較器，以及比較器數(shù)量的兩倍的電阻網(wǎng)絡(luò)，并且大量的比較器會(huì)是的電路之間出現(xiàn)匹配誤差，導(dǎo)致分辨率不高，功耗大，成本高，所以只適用于速度要求特別高的領(lǐng)域.如視頻A/D轉(zhuǎn)換器等。就現(xiàn)階段其轉(zhuǎn)換速度一般在125Msps- 10Gsp(四位并行)之間; 由于受到功率和體積的限制，并行比較ADC的分辨率難以做得很高。3.4 過采樣-型AD轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性過采樣-模數(shù)轉(zhuǎn)換是近十幾年發(fā)展起來的一種A/D轉(zhuǎn)換方式，-調(diào)制型A/D轉(zhuǎn)換器又稱為過采樣A/D轉(zhuǎn)換器，它的分辨率高，主要應(yīng)用于高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特別是數(shù)字音響系統(tǒng)、多媒體、地震勘探儀器、聲納等

15、電子測(cè)量等領(lǐng)域。過采樣 過采樣-型AD轉(zhuǎn)換器原理-型ADC由-調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器兩部分構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如圖所示-調(diào)制器主要完成信號(hào)抽樣及增量編碼，它給數(shù)字抽取濾波器提供增量編碼即-碼;數(shù)字抽取濾波器完成對(duì)-碼的抽取濾波，把增量編碼轉(zhuǎn)換成高分辨率的線性脈沖編碼調(diào)制的數(shù)字信號(hào)。-模數(shù)轉(zhuǎn)換的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換的精度很高，高于積分電路，內(nèi)部利用高倍頻過采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字濾波，由于采用了過采樣調(diào)制、噪音成形和數(shù)字濾波等關(guān)鍵技巧，充分發(fā)揚(yáng)了數(shù)字和模擬集成技術(shù)的長(zhǎng)處，使用很少的模擬元件和高度復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理電路達(dá)到高精度(16位以上);模擬電路僅占5%，大部分是數(shù)字電路，并且，模擬電路對(duì)元件的匹配性要求不高

16、，易于用CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)。但由于其采樣頻率過高，所以相對(duì)于其他電路來說功耗較高，并且，其速度也不快，-轉(zhuǎn)換方式的轉(zhuǎn)換速率一般在1Msps以內(nèi)。3.5流水線型AD轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性流水線型A/D轉(zhuǎn)換器的原理是將高的分辨率分級(jí)處理，以八位舉 例。將其分成兩級(jí)，先對(duì)高四位進(jìn)行 處理，輸將高四位的結(jié)果暫存，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn) 流水線型AD轉(zhuǎn)換器換，再將輸入的模擬信號(hào)與其相減，對(duì)其所得到的結(jié)果放大2的4次方倍，送入下一級(jí)進(jìn)行處理，由于流水線結(jié)構(gòu)是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分級(jí)串行處理，因此它具有不可消除的延時(shí)性，即每級(jí)的數(shù)字量輸出是逐級(jí)延遲的。 每級(jí)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 延時(shí)同步電路的作用就是把同一個(gè)輸入模擬量經(jīng)過n級(jí)子級(jí)

17、電路量化后對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出進(jìn)行同步，然后輸出完整的數(shù)字結(jié)果。每一級(jí)包括一個(gè)采樣/保持放大器、一個(gè)低分辨率的ADC和DAC以及一個(gè)求和電路，其中求和電路還包括可提供增益的級(jí)間放 大器。 流水線型A/D轉(zhuǎn)換電路的外特性表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換速度很高，僅次于并行，精度也很高，成本相對(duì)較低，功耗較低。是對(duì)并行轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行改進(jìn)而設(shè)計(jì)出的一種轉(zhuǎn)換方式。它在一定程度上既具有并行轉(zhuǎn)換高速的特點(diǎn)，又具有逐次逼近型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，從而解決了制造困難的問題。它能夠提供高速、高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換，還有令人滿意的低功耗和較小的芯片尺，經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)，還可以提供優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性。以下是流水線型A/D轉(zhuǎn)換電路的優(yōu)缺點(diǎn)圖9 流水型A/D轉(zhuǎn)換

18、器的優(yōu)缺點(diǎn)3.6幾種AD轉(zhuǎn)換電路的外特性比較電路類型轉(zhuǎn)換速度分辨率應(yīng)用并行比較型A/D轉(zhuǎn)換速度最快一般在125Msps- 10Gsp受到功率和體積的限制分辨率難以做得很高適用于速度要求特別高的領(lǐng)域.如視頻A/D轉(zhuǎn)換器等流水線型A/D轉(zhuǎn)換具有很高的轉(zhuǎn)換速度1Msps-100 Msps分辨率較高可達(dá)16位用于成像系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高分辨率、高品質(zhì)的圖像采集;優(yōu)異的頻域和時(shí)域特性也能夠滿足高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換速度中等采樣速率可達(dá)1MSPS分辨率一般低于12位，高于14位的成本較高難于實(shí)現(xiàn)在低于12位分辨率的情況下，電路實(shí)現(xiàn)上較其他轉(zhuǎn)換方式成本低，較為常用過采樣-模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換速率一

19、般在1Msps以內(nèi)分辨率極高，最高達(dá)到28位以上目前在音頻領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用積分型A/D轉(zhuǎn)換速度最低當(dāng)分辨率為12時(shí)100-300(SPS)分辨率相對(duì)較高，最高可以達(dá)到22位主要應(yīng)用在低速高精度的轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，如數(shù)字儀表領(lǐng)域四、設(shè)計(jì)一個(gè)分辨率為32位、轉(zhuǎn)換速度為10ns的A/D轉(zhuǎn)換電路（不計(jì)成本）4.1通過對(duì)上述A/D轉(zhuǎn)換電路外特性的研究確定設(shè)計(jì)思路最高位高電平檢測(cè)剛剛我們已經(jīng)研究了幾種A/D轉(zhuǎn)換電路外特性，速度和精度作為A/D轉(zhuǎn)換電路的核心性能指標(biāo)，在大多數(shù)情況下兩者是對(duì)互相矛盾的產(chǎn)物，很多時(shí)候我們需要進(jìn)行取舍，如積分型，逐次比較型電路，過采樣型電路，當(dāng)分辨率要求較高的時(shí)候就必然要犧牲速度，然而

20、今天我們?cè)囍治鲆幌乱?，不難發(fā)現(xiàn)很多時(shí)候就算再不記成本，此類電路，由于電路自身的特點(diǎn)，或存在積分環(huán)節(jié)，或分辨率與時(shí)間量成正比，當(dāng)分辨率要求較高時(shí)根本無法達(dá)到高速，因此我們今天設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)換精度為32位、轉(zhuǎn)換速度為10ns的A/D轉(zhuǎn)換電路必然是在選取一個(gè)相對(duì)高速的方式下，盡可能地提高其分辨率。并行A/D轉(zhuǎn)換電路是速度最快的轉(zhuǎn)換電路，其目前精度不高主要是由于成本，體積，功耗等現(xiàn)實(shí)層面問題，而流水線型A/D轉(zhuǎn)換電路作為并行的一種優(yōu)化，并且存在錯(cuò)誤校正環(huán)節(jié)，在高速的前提之下，可以實(shí)現(xiàn)高精度，它由于分級(jí)思想，可以處理同時(shí)處理多個(gè)模擬量，提高了效率。通過上述研究，我們確立了基本的兩條主線思路4.2閃爍型A

21、/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)思路閃爍型A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)思路非常簡(jiǎn)單，就是運(yùn)用2的32次方減一個(gè)比較器以及比較器數(shù)量的2倍的電阻，在忽略體積的前提下問題來了，如此多數(shù)量的比較器意味著需要對(duì)其進(jìn)行編碼，其復(fù)雜的編碼過程， 以及其如此多輸入帶來的延時(shí)問題使得實(shí)際的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10ns ，首先要克服的是時(shí)間上的問題，其實(shí) 圖10 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)思路如果我們換一種思路，放棄其原有的復(fù)雜編碼過程而采用一種最高高電平檢測(cè)的方法，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)我們的輸出有效的其實(shí)就是所有高電平中最高的一位，按照這個(gè)思路來走，只要我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)電路可以快速檢測(cè)最高高電平，那么我們發(fā)現(xiàn)理論上可以解決復(fù)雜編碼帶來的時(shí)間延遲。除去

22、編碼問題之外，其還存在一些其他方面現(xiàn)階段不可行的問題。如此多結(jié)構(gòu)重復(fù)的并行比較器之間任何失配都會(huì)造成靜態(tài)誤差，比較器的亞穩(wěn)態(tài)還會(huì)產(chǎn)生閃爍碼溫度計(jì)氣泡，即使這些問題都可以通過高成本來避免，但是，當(dāng)比較器的數(shù)量增加時(shí)，對(duì)于比較器的分辨能力也有要求，如果比較器不能夠分辨2的32次方精度的兩個(gè)數(shù)，即使運(yùn)用如此多的比較器在現(xiàn)實(shí)層面也是無法真正比較出來的，因此該思路可以作為提高其速度和精度的一個(gè)方向，在理論上如果忽略一切誤差，假設(shè)比較器精度極高的話是可行的。但是就現(xiàn)階段即使不計(jì)成本也難于實(shí)現(xiàn)。4.3流水線型A/D轉(zhuǎn)換電路流水線的設(shè)計(jì)思路其實(shí)是一種分級(jí)的思想，將32位分成幾級(jí)，然后逐級(jí)進(jìn)行處理。我們?cè)囍鴮㈦?/p>

23、路分成四級(jí)，則每級(jí)需要得出八位數(shù)字量，我們不妨模擬一下此類電路的框圖架構(gòu)，如圖12所示，當(dāng)處理的模擬量數(shù)量不斷增加時(shí)，雖然單次處理的時(shí) 圖11 流水線型AD轉(zhuǎn)換器原理間可能高于10ns，但是只要確保每一級(jí)電路的時(shí)間在10ns左右就可以是的平均用時(shí)在10ns左右。 32為分辨率的四級(jí)設(shè)計(jì)思路方案一： 我對(duì)于現(xiàn)在市面上已有的芯片進(jìn)行比較， ADI推出的8位、高速、低功耗、低噪聲 ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）AD9286比較合適，該高速 ADC 均采用流水線架構(gòu)，310 mW 的功耗創(chuàng)業(yè)界最低水平。AD9286是一款8位單芯片采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，支持交錯(cuò)工作模式，專門針對(duì)低成本、低功耗和易用性進(jìn)行了優(yōu)

24、化。各ADC的轉(zhuǎn)換速率高達(dá)250 MSPS，動(dòng)態(tài)性能卓越。AD9286采用單個(gè)采樣時(shí)鐘，通過片內(nèi)時(shí)鐘分頻器，使兩個(gè)ADC內(nèi)核實(shí)現(xiàn)時(shí)間交錯(cuò) AD9286的功能框圖（每個(gè)內(nèi)核的工作頻率為時(shí)鐘頻率的一半），從而達(dá)到額定值500 MSPS。右邊是原件的功能框圖 由于運(yùn)用流水線式結(jié)構(gòu)，所以我們還需要相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換芯片，目前八位的DAC芯片ADV7125吞吐量可達(dá)330 MSPS，那么單次處理時(shí)間大約在3ns左右，因?yàn)樵撔酒侨ǖ赖?，故四?jí)電路中僅需要運(yùn)用到一片該芯片。 ADV7125的功能框圖在選取好芯片之后，我們可以開始下一步的設(shè)計(jì)了。 電路原理圖忽略數(shù)模變換以及放大時(shí)間，則處理一個(gè)模擬量的時(shí)間

25、為17ns，在經(jīng)過鎖存器以及數(shù)字誤差校正環(huán)節(jié)，而實(shí)際上當(dāng)處理多個(gè)模擬量時(shí)，同時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的時(shí)間在5-10ns之間，那么加上后期電路，完全可以實(shí)現(xiàn)32位分辨率，10ns轉(zhuǎn)換速度。方案二：在有了這樣一個(gè)思路后，我又希望用市面上已有的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，做成一個(gè)兩級(jí)的流水式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，ADI推出業(yè)界速度最快的16位ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）-250MSPS（兆每秒采樣）AD9467。與其它16位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器相比，這款16位、250MSPSADC可在能耗降低35%的情況下將采樣率提高25%，其信號(hào)處理性能達(dá)到新的高度，該芯片處理16位的時(shí)間為4ns，而目前最快的16位數(shù) 電路原理圖模轉(zhuǎn)換芯片AD9142是

26、一款雙通道、16位、高動(dòng)態(tài)范圍數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，提供1600 MSPS采樣速率，這樣的話單次處理時(shí)間僅為0.6ns，這樣的話兩級(jí)電路處理一個(gè)模擬量的時(shí)間為8.6ns，再加上鎖存器以及數(shù)字誤差校正環(huán)節(jié)，這樣的話多次處理時(shí)間完全可以達(dá)到 10ns。對(duì)于兩種方案進(jìn)行比較，我們發(fā)現(xiàn)兩級(jí)流水線電路處理的速度更快，并且只有兩級(jí)，后期的處理工程也會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)便一些，就性能而言，第二種設(shè)計(jì)方案更加優(yōu)越。 因此對(duì)于流水線法而言，雖然單次的處理時(shí)間不能夠達(dá)標(biāo)，但是多次的處理平均時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)，在不斷提高各級(jí)電路的速度的情況下，還能對(duì)其優(yōu)化，流水線法的巧妙在于運(yùn)用分時(shí)復(fù)用的原理，在提高效率的同時(shí)，又不會(huì)增加高額的成本，相對(duì)來說現(xiàn)實(shí)可行。五、對(duì)其未來發(fā)展的展望首先第一點(diǎn)是向高分辨率，高精度，高速率方向發(fā)展。利用兩個(gè)或多個(gè)較低分辨率的閃電型ADC組合起來，形成流水線ADC。這種類型的轉(zhuǎn)換器既具有高的分辨率,又有很高的轉(zhuǎn)換速率；通過采用激光修正技術(shù)、自校正技術(shù)和統(tǒng)計(jì)匹配技術(shù), 使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路的分辨率和精度得到進(jìn)一步的提高. 從目前來看， 新的