[实用新型]新型模数转换器结构

说明书

技术领域

本实用新型属于模拟集成电路领域，尤其涉及一种流水线式ADC与闪电式ADC相结合的新型模数转换器结构。

背景技术

近年来，随着通信和多媒体娱乐消费市场的快速增长，数字信号处理技术得到了迅猛发展，并广泛地应用于各个领域。采用数字信号处理技术能够方便地实现各种先进的自适应算法，完成以前模拟电路无法实现的功能。因此，越来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。

随着滤波、变频、调制/调解等一些处理任务进入数字领域，模拟单元的任务变得越来越单一了，但对作为在模拟系统和数字系统之间起桥梁作用的模数转换器(ADC)的要求却越来越高了。

首先，在视频和通信领域的应用中，模拟和数字之间的转换速度继续增长，对ADC的设计提出了新的挑战；其次，当模数转换器应用在高集成度的单片系统上时，会受到噪声的干扰；在混合信号处理系统中，ADC的抗干扰能力变得越来越重要了；最后，片上系统的发展对于大系统中的子模块的功耗要求越来越高，作为子模块的ADC，其功耗在当今许多应用中也是一个非常关键的参数。

ADC的发展趋势

综合国内外一些集成电路设计公司的技术资料和产品手册提供的信息，可以看出，数据转换电路的主要发展趋势是向着高分辨率、高转换速率、低功耗、单电源、低电压、单片化、CMOS型方向发展。

(1)向高分辨率、高转换速度方向发展

通过采用∑-Δ调制技术，在同样的工艺条件下，可使单片ADC的分辨率达到18位～24位；而流水线式ADC(Pipeline ADC)既具有较高的分辨率(8位～12位)，又有很高的转换速度(5MHz～200MHz)。

(2)向单电源、低压、低功耗方向发展

采用CMOS、BiCMOS工艺，低工作电压(1.2V/1.8V)及电源休眠工作方式(Sleep Mode)等措施和技术，既可使转换器电路获得高分辨率、高精度和高转换速率，又可达到低功耗的要求，适应了便携式仪器的需要。

(3)向单片化方向发展

随着半导体工艺水平的不断提高，LSI、VLSI工艺的成熟，过去要采用模块、混合电路生产的高性能转换电路逐渐被单片产品所代替，从而降低了芯片的成本和功耗，减小了体积，提高了可靠性。

(4)向单一CMOS工艺转化

近年来，一个明显趋势是尝试尽可能将转换器和一些混合信号功能从昂贵、复杂的专业型工艺转入主流的CMOS型工艺，采用一种工艺技术来制作模拟和数字电路。

迄今为止，应用最为广泛的单片ADC主要包括以下几种类型：积分型、逐次逼近型、∑-Δ型、流水线式和闪电式ADC。其中前三种都无法达到很高的速度，一般在1MHz以内。下面将分别简单介绍一下闪电式ADC和流水线式ADC电路结构的工作原理：

闪电式ADC是速度最快，结构也最简单的ADC，典型结构如附图1所示，采用(2^N-1)个比较器实现N位精度。参考电压通过(2^N+1)个串联电阻分压，并分别作为每个比较器的阈值电压，比较器的输出为温度计码，通过译码电路转换为“8421”二进制码，最后通过输出级输出。

Flash ADC的特点是：

(1)速度快

由于整个模数转换过程只需通过一次比较就能完成，因此Flash ADC是所有ADC中工作速度最快的，它的速度仅由比较器限制，目前Flash ADC的转换速度可高达8GHz；

(2)面积大，功耗大

由于比较器的数目和电阻的数目与ADC精度成2的幂指数关系，因此Flash ADC的硬件消耗非常大，由此带来面积大、成本高和功耗大的不足；(3)精度有限

在Flash ADC中，由于参考电压受电阻匹配特性限制，比较器的失调等因素都限制了ADC的精度。一般闪电式ADC的精度限制在8bit以下。