模拟集成电路课程设计解析资料word版本.ppt

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1、模拟集成电路课程设计解析资料（2）量化和编码在用数字量表示取样电压时，也必须把它化成这个最小数量单位的整倍数，这个转化过程就叫做量化。所规定的最小数量单位叫做量化单位，用S表示。编码是把量化的数值用二进制代码表示。把编码后的二进制代码输出就得到A/D转换的输出信号，对同一正弦波，若S越小，误差将越小，编码时所需二进制代码的位数就越多，对器件要求也越高。图6-36给出一个A/D变换的原理框图，在这个框图中，量化器就是一系列加不同参考电平的电压比较器，当输入电压高于该比较器的参考电平Uref时，比较器输出的数字量为“1”；低于参考电平Uref时，输出为“0

2、”。图6-37给出一个3位A/D转换器的转换特性。图6-36A/D转换器的原理框图图6-373位A/D转换器的转换特性2.A/D转换器的主要指标(1)分辨率，即“位数”(bit数——A/D数字化的字长)。这是一个表达精度的指标。如果A/D转换器的满刻度输入为UFSR，位数为N，则量化电平量化误差量化噪声方差(6-48a)(6-48b)(6-48c)在AD转换过程中，量化会产生失真，而采样和编码都不会产生失真，量化误差所造成的失真被认为是主要的噪声源。模拟输入u可以限制在满量程输入范围(FS)。量化器的步长尺寸由VLSB=FS/2^N给定。可以看到量化器

3、的工作是非线性的，其噪声行为在某种程度上依赖于输入信号。在特殊环境下，如果ADC的输入信号是随机的，量化步长充分的小一量化噪声可以假定为“加性白噪声”。分析指出，分辨率每提高一位，量化信噪比将提高6.02dB。(2)采样率，即最高时钟频率，这是一个表达A/D转换器转换速度的指标。(3)其它静态特性指标还有失调误差、增益误差、非线性误差(积分非线性、微分非线性)等，其意义与D/A转换器的静态误差相同。6.4.2A/D转换器的分类及应用A/D转换器的类型很多，有高速并行FlashA/D，有速度与精度折中较好的流水线A/D，有分辨率很高的适合语音处理的Δ-Σ

4、A/D，有适用于数字电压表的双斜率积分式A/D，也有适用范围很广的逐次比较式A/D等等，如图6-38所示。6.4.3A/D转换器电路举例1.逐次比较型A/D转换器逐次比较型A/D转换器是一种低成本，分辨率和速度都比较好的A/D转换器，因此应用十分广泛。例如用CMOS工艺实现的12bit、3μsAD7672就是较好的逐次比较型A/D转换器。该A/D转换器的原理框图如图6-40所示。其工作过程介绍如下。图6-40逐次比较型A/D转换器电路收到转换命令后，首先将逐次逼近寄存器置“0”(清零)。当第一个时钟脉冲到来时，逻辑控制电路先将逐次逼近寄存器最高位(Dn

5、-1)置“1”，其它位置“0”，经过D/A转换器重新转换为模拟电压Uo(相当于UFSR/2)，然后将此电压回送到比较器，与输入信号Ui比较。若UoUi数字输出最高位改为“0”(6-49)第二个时钟脉冲到来时，逻辑控制电路将寄存器次高位置“1”，并与最高位一起送到D/A转换器，将其输出电压U′o与Ui再次比较。若U′oUi数字输出次高位改为“0”(6-50)图6-41逐次比较、逐次逼近A/D转换过程2.闪电式(Flash)A/D转换器闪电式A/D转换器是一种速度最高的A/D转换

6、器，最高采样率可达几十兆、几百兆，甚至GHz数量级。闪电式A/D采用并行处理结构，例如一个3位FlashA/D的简图如图6-42所示。图6-42一种FlashA/D转换器简图为了减少比较器数量，可采用“子区式”A/D。如图6-43所示，将A/D分成两段：高4位(粗量化)和低4位(精量化)，这样所需比较器数量仅为2(2N-1)=2(24-1)=16个比255个要少得多，不过增加了一个D/A和一个求和电路，速度也要受点影响，但总的来说可以节省许多硅片面积。图6-43“子区式”A/D转换器流水线型模数转换流水线ADC采用多个低分辨率的闪烁式子ADC对

7、采样信号进行分级量化，然后将各级的量化结果进行延迟对准和数字校正后，产生一个高分辨率的数字输出。工作原理首先每一级的SAI电路对本级的输入信号进行采样和保持，然后送到子A／D进行量化，产生“．位数字量；接着”．位数字量被送到D／A转换器，产生与之对应的模拟电压送到减法器，从保持的信号中减掉该模拟电压得到一个余量信号：将该余量信号放大2q后输出，作为下一级的输入信号。在k级流水线结构中，这一过程要重复k一1次，第k级为标准的闪烁结构。为了克服每级子A／D内部的失调和非线性，每级流水线输出中都有冗余位，经过校正后共同构成最后的N位输出。优缺点优点：每级子电

8、路中都有S／H电路，可以使流水线各级同时运作，整个流水线电路的转换速率取决于子电路的转换速率，