AD DA 转换技术的发展历程及其趋势.doc

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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LI,正受到II益广泛的关注。随着数字技术的飞速发展,人们对A/D转换器的要求也越來越高，新型的模拟/数字转换技术不断涌现。本文着重介绍了当前几种常用的模拟/数孚转换技术；并通过对数字技术发展近况的分析，探讨了模拟/数字转换技术未來的发展趋势。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，在实际应用屮,遇到的大都是连续变化的模拟最，因此，需要一种接口电路将模拟信号转换为数字信号。A/

2、D转换器正是基于这种要求应运而生的。1970年代初，山于MOS丁艺的楕度还不够高，所以模拟部分一般采用双极工•艺，而数字部分则采用MOSX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NMOST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，出现了分辨率为伯位的单片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MOST艺相对于双极工艺还存在许多不足。1980

3、年代，出现了采用BiCMOST.艺制作的单片集成A/D转换器，但是工艺复杂，成本髙。随着CMOS.T艺的不断发展，采用CMOSX艺制作单片A/D转换器己成为主流。这种A/D转换器的成本低、功耗小。1990年代，便携式电了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pW级。A/D转换器的转换楕度和速度也在不断提高，H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。模拟/数字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、眾化和编码。如何实

4、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H前常用的模拟/数字转换技术。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,结构朿复的并行比较器之间必须要精密匹配,任何失配都会适成静态谋差。而且,这种A/D转换器

5、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。&匕3IU2餘入fetesRR/2图1N位金并行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捉高其性能的关键。为『达到这一II的，采川了各种新技术，如将全并行结构与插值技术相结合，可降低功耗和血积，从而可使全并行A/D转换器进行更高耕度的模拟/数字转换。LaneC.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

6、面积。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，山一个粗分全并行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，恢复为模拟最;然后，将原输入电压与此模拟量相减，对剩余最进行放大，再送到一个更粘细的全并行模拟/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，此种类型的A/D转换器加然转换速度降低了，但是节省了功耗和血积，解决了全并行A/D转换器屮分辨率提高与元件数H剧増的才盾。因此，两

7、步型A/D转换器可用于10位以上的模拟/数字转换，但是，它对剩余量放人器的要求很高，剩余量必须被放大到充满第二个A/D转换器的输入模拟帚范围，否则，会产生非线性和失码。另外，第一级A/D转换器和D/A转换器的建立时间及粘度是限制两步型A/D转换器工作速度的一个朿要因索，如果建立时间不充分，势必导致转换结果出现误差，所以，大多数两步型A/D转换器都采用了数字校正技术來改善这…问题。Razavi.B-和Wooley,BA采用校正技术研制的两步型A/D转换器，其第…级比较器的建立时间只需10ns,失调电压可达到5mV・转换速度

8、高达5MSPS,分辨率为12位。N-NHN2图2两步型A/D转换器的结构框图插值折叠型模拟/数字转换折廉结构如图3所示，其基本原理就是通过一个特殊的模拟预处理(图3屮的阴影部分)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)则通过与折希电路并行工作的粗分全并行A/D转换器得到，几乎在对