取滤波,可以获得极高的分辨率;同时由于采用了低位量化输出的采用高分辨率的码,不会对抽样值幅度变化敏感,而且由于码位低,抽样与量化编码可以同时完成,几乎不花时间,因此不需要采样保持电路,这就使得采样系统的构成大为简化。这种增量调制型
ADC实际上是以高速抽样率来换取高位量化,即以速度来换精度。近年来,采用高分辨率的∑--△型ADC颇为流行,它的一个突出优点是在一片混合信号CMOS大规模集成电路上实现了ADC与数字信号处理
技术的结合。这一技术的其它优点:分辨率高达24位;比积分型及压频变换型ADC的转换速率高;采用混合信号CMOS工艺,可实现低价格、高分辨率的数据采集和数字信号处理;由于采用高倍频过采样技术,降低了对传感器信号进行滤波的要求,实际上取消了信号调理。缺点:当高速转换时,需要高阶调制器;在转换速率相同的条件下,比积分型和逐次逼近型ADC的功耗高。目前,∑--△型ADC分为四类:(1)高速类ADC;(2)调制解调器类ADC;(3)编码器类ADC;(4)传感器低频测量ADC。其中每一类∑--△型ADC又分为许多型号,给用户带来极大方便。流水线型(Pipeline)ADC又称为子区式
ADC,它由若干级级联电路组成,每一级包括一个采样/保持
放大器、一个低分辨率的ADC和DAC以及一个求和电路,其中求和电路还包括可提供增益的级间放大器。快速精确的n位转换器分成两段以上的子区(流水线)来完成。首级电路的采样/保持器对输入信号取样后先由一个m位分辨率粗A/D转换器对输入进行量化,接着用一个至少n位精度的乘积型数模转换器(MDAC)产生一个对应于量化结果的模/拟电平并送至求和电路,求和电路从输入信号中扣除此模拟电平。并将差值精确放大某一固定增益后关交下一级电路处理。经过各级这样的处理后,最后由一个较高精度的K位细 A/D转换器对残余信号进行转换。将上述各级粗、细A/D的输出组合起来即构成高精度的n位输出。图3所示为一个14位5级流水线型ADC的原理图,图7 所示为每级内部结构图。流水线型ADC必须满足以下不等式以便纠正重叠错误:式中,1为级数,m为各级中ADC的粗分辨率,k为精细ADC的细分辨率,而 n是流水线ADC的总分辨率。流水线ADC不但简化了电路设计,还具有如下优点:每一级的冗余位优化了重叠误差的纠正,具有良好的线性和低失调;每一级具有独立的采样/保持放大器,前一级电路的采样/保持可以释放出来用于处理下一次采样,因此允许流水线各级同时对多个采样进行处理,从而提高了信号的处理速度,典型的为 Tconv<100ns;功率消耗低;很水有比较器进入亚稳态,从根本上消除了火花码和气泡,从而大大减少了ADC的误差;多级转换提高了ADC的分辨率。同时流水线型ADC也有一些缺点:复杂的基准电路和偏置结构;输入信号必须穿过数级电路造成流水延迟;、同步所有输出需要严格的锁存定时;对工艺缺陷敏感,对印刷线路板更为敏感,它们会影响增益的线性、失调及其它参数。目前,这种新型的ADC结构主要应用于对THD和SFDR及其它频域特性要求较高的通讯系统,对噪声、带宽和瞬态相应速度等时域特性要求较高的CCD成像系统,对时域和频域参数都要求较高的数据采集系统。随着数字技术的
发展,AD也有了长足的进步和发ADC正朝着低功耗高速、高分辨率的方向发展,在此基础上,还要考虑功耗、体积、便捷多功能、与计算机及通信网络的兼容性。ADC主要的应用领域不断拓宽,广泛应用于多媒体、通讯、自动化、仪器仪表等领域。对不同领域的不同要求,例如接口、电源、通道、内部配置的要求,每一类ADC都有相应的优化设计方法。同时,用户不仅要考虑到ADC本身的工艺和电路结构,而且还应考虑到ADC的外围电路,如相应的信号调理电路等模拟电路的设计。如在单电源、低功耗条件下设计新型的ADC时,为了解决单电源的输入和输出的动态范围问题,可以采用超高速补偿双极性(XFCB)工艺制造的电流反馈运算放大器;为了解决推荐电压、低电流条件下的低噪声低温漂基准电压问题,可以采用外加离子注入场效应管(XFET)基准源的方法;为了满足低功耗的要求,可以采用节能工作方式(Power Down);为设计出微型ADC,可采用减小体积的2线或2线制兼容的串行接口;为了减小信号源到整个AD转换器的模拟信号通路的误差,可以采用自校准技术纠正误差等等。针对实际应用中具体要求,各种新型的设计方案应运而生。这些技术不断完善和改进现有ADC的速度和精度,同时也成为现代ADC新补充的特点和发展方向。
传统方式的ADC,例如逐次逼近型、积分型、压频变换型等,主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智