模数转换技术及其发展 第5页
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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。
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能仪器中。在全并行基础上发展起来的分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。此外，采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC，可应用于广播卫星中的基带解等方面。这些高速ADC，今后的展方向是在现有高速基础上尽可能提高其分辨率，以满足兼顾高速、高精度的发展方向。20世纪90年代以来获得很大发展的∑-Δ型ADC利用高抽样率和数字信号处理技术，将抽样、量化、数字信号处理融为了一体，从而获得了高精度的ADC，目前可达24位，主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。