ADC入门_基础知识.pdf

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1、目录1、ADC是什么2、背景、发展3、现状4、发展方向5、ADC的基本框架6、Nyquist采样定理7、ADC的输入输出8、ADC的性能参数9、CMOSADC的结构10、pipelineADC11、集成电路的设计方法1ADC是什么ADC：模拟——数字转换器模拟——数字转换器和数字——模拟转换器是模拟系统和数字系统之间的桥梁，是现代微电子数字通讯系统中非常重要的模块。2背景、发展随着CMOS制作工艺的迅猛发展，越来越多的信号被移到数字领域来处理，从而达到降低成本，降低功耗，提高速度的目的。这就使我们迫切需要一种低功耗、

2、低电压而且能够用标准深亚微米技术实现的ADC。3现状国内在高性能芯片的研究和设计方面还比较落后,这就造成了各种高性能芯片的巨大需求和国内芯片产业落后之间的巨大矛盾。而且,由于一些高端芯片产品受到国外的进口限制,这对我国国防现代化发展以及民用电子通信工业的发展非常不利。这就迫使我们必须自己研究设计出高速、高精度的模数转换器。4发展方向在未来,模数转换芯片的主要发展方向是1、高分辨率2、高转换速度3、低功耗4、单电源低电压5、单片化5高分辨率高分辨率：目前分辨率最高可以达到31bit（TI公司的ADS1282）10bit

3、及以上分辨率的A/D转换电路，它所达到的精度超过了现在工艺能实现的最大电容匹配，所以必须采用一定的校正措施。校正技术分为：缺点数字校正运用算法逻辑等后台处理技术来消除电路对温度及误差匹配等方面所产生的影响模拟校正采用电容误差平均技术需要一个额外的始终周期，这样便降低了电路速度。6高转换速度A/D转换电路的速度主要是受运放建立时间和比较器响应速度的影响。因此必须优化单级电路的建立特性，提高运放的增益可以保证系统精度的同时确保运放的大宽带、提高运放的压摆率设计、压摆区和线性建立区的合理分割等。目前国际上已经产品化的ADC

4、采样速率最高可以达到2.2GSPs（Maxiam公司的MAX109）7矛盾与解决在集成电路设计中，速度和精度两者相互对立：如果追求高速度，就必须降低精度，比如Maxiam公司的MAX109，采样速率达到2.2GSPs，但分辨率只有8bit；如果追求高精度，就必须降低速度，如TI公司的ADS1282，分辨率达到31bit，但采样速率只有4KSPs；然而最常见的情况是根据不同的应用在两者之间进行折中。我国从70年代开始研制ADC，至今已经有8bit、10bit、12bit、14bit的ADC产品，但产品性能还远远达不到高

5、端应用的要求，与国外水平相差甚远；高端ADC还处于高校和研究所的研究开发阶段。8低功耗、低电压、单片化单元电路的一些优化设计也可以降低功耗，如动态偏置、开关电容动态共模反馈以及动态比较器等。低电压是现在应用发展的一个趋势，主要有运放的rail-to-rail设计、模拟开关的电压自举等方法。9ADC的基本框架10Nyquist采样定理Nyquist采样定理:1ffin2s其中，fin是输入信号的频率f是采样频率s被采样的信号只有在满足采样定理的情况下,才能够被重构还原。11ADC的输入输出下图是3位ADC的理想输入输

6、出曲线。12ADC的性能参数ADC的性能参数主要有：分辨率（Resolution）微分非线性（DifferentialNonlinearity简称DNL）积分非线性（IntegralNonlinearity简称INL）失调误差增益误差信噪比（SignaltoNoiseRatio）无杂散动态范围（SpuriousFreeDynamicRange简称SFDR）总谐波失真（TotalHarmonicDistortion，THD）转换速度13分辨率（Resolution）ADC的分辨率是指转换器所能分辨的最小量化信号的能力。

7、对于一个二进制N位分辨率的ADC,假设满摆幅的输入范围为V,所能分refVref辨的最小电平则为LSBN同时,分辨率通常2随着噪声和非线性的增加而下降,因此,描述ADC真正的分辨率还应包括噪声和非线性。14微分非线性误差（DNL）15积分非线性误差（INL）16失调误差失调误差：零输入时Ａ／Ｄ转换器输入－输出特性曲线的偏移。17增益误差增益误差：满量程输出时，实际的模拟输入信号和理想的模拟输入信号间的差值。增益误差使传输特性曲线绕坐标原点相对于理想特性曲线发生了一定角度的偏移。18信噪比信噪比指ＡＤＣ输出信号功耗和

8、噪声功耗间的比值，用ｄＢ表示。PsignalSNR10logPnoise其中，信号是指频谱图中基波分量的有效值，噪声＝总能量－信号能量和谐波的能量。理想的ＡＤＣ噪声主要来自量化噪声。对于正弦输入信号，信噪比的理论最大值为：SNR(6.02N1.76)dB其中，N是ADC的位数。19信噪失真比信噪失真比：基本的信号功耗与所有谐波失真，混叠谐