数转换技术的分析与比较

1模数(A/D)转换的根本原理12A/D转换技术的原理及性能比拟12.3并行转换ADC22.5流水线型ADC33模数转换技术开展趋势展望44结束语5参考文献5英文翻译5模数转换技术的分析与比拟随着计算机、通信和多媒体技术的飞速开展，全球高新技术领域数字化进程的不断推进，利用数字系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。模数转换器(ADC)作为现实世界中模拟信号通向数字信号的桥梁，已经成为电子技术开展的关键和瓶颈所在。当前，为了适应计算机、通讯和多媒体技术的飞速开展以及高新技术领域的数字化进程不断加快，要求采样就是将一个连续变化的模拟信号转换成离散的信号。根据奈奎斯特定理，即f₁≥2f,(max)。如果采样信号的频率大于或等于2倍的最高频率，那么可以从采样后的信号无失真地重建恢复原始信号。考虑到模数转换器件声等因素的影响，采样频率一般取2.5倍到3倍的最高频率成分。保持是将时间离散、数值连续的信号变成时间连续、数值量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号。量化的主要问题就是量化误差，假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，那编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。进行到这里，也就完成了A/D转程。这些过程通常是合并进行的。例如，采样和保持就经常利用一目前，世界上的A/D转换技术有很多，如传统的双积分型ADC、逐次逼近型ADC、并联比拟型等ADC,也有近几年新开展的过采样Z-△型ADC、流水线结构ADC等，各种以最典型的双斜率ADC为例来讲其工作原理。它由1个带有输入切换开关的模拟积分器、1个比拟器、1个计数器、逻辑控制电路、基准电压源组成，如图1所示：与此同时，在时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行程可分为两个阶段：第一阶段为采样期，第二阶段为比拟期。通过积分型ADC用于低速，精密测量等领域。这种ADC的分辨率可高达22位，而且完全2.2逐次逼近型ADC逐次逼近型转换器是应用非常广泛的A/D转换方式之一，它由1个比拟器、1个数模转换器、1个逐次逼近存放器(SAR)和1个逻辑控制单元组成，如图2所示：换后，控制逻辑电路首先把比拟存放器SAR的最高位置1,其它位置为0,SAR中的内容经的结果输出到SAR,并在下一比拟前下，SAR中次高位置1,SAR中的内容经D/A转换器后的电压值再次送入比拟器中与输入逐次逼近型ADC转换器速度较高，可达1MS存在延迟问题，适用于中速率而分辨率要求较高的场合。它的缺点在于如果要求分辨率(>并行转换又称为闪烁转换方式，是一种直接的对N位数据不是转换N次，而是转换一次。这种转换器的结构原理图如图3所示：尽管闪烁型转换器具有极快的速度(最高1GH₂的采样速率),但其分辨率受限于管芯尺寸、过大的输入电容以及数量巨大的比拟器所产器之间还要求精密地匹配，因此任何失配都会造成静态误差，如使输入失调电压(或电流)辑1变为逻辑0(或反之),如同温度计中出现了一个气泡。由于模数转换器中的编码单的流水线模数转换器要大将近7倍。如果与流水线结构作进一步的比拟，闪烁型转换器的输入电容和功率消耗分别要高出6倍和2倍。Z-△型模数ADC又称过采样转换器。这种转换器由Z-△调制器及连接及其后的数字滤波器构成。调制器的结构近似于双斜率模数转换器，包括1个积分器和1个比拟器，以及含有1个1位数模转换器的反应环。其结构原理图如图4所示：送入Z-△模数转换器后被以非常低的分辨率(1位)进行量化，但采样频率却非常高。经(即动态范围)被提高到16位或更高。最近几年，用于高分辨率模数转换的Z-△型模数ADC的其它优势有：价格低；高性能(分辨率高达24位);集成化的数字滤波。但是它也有缺2.5流水线型ADC受数字系统中新开展的流水工作方式的启发，方式。流水线型ADC又称为子区式ADC,是一种更为高效速、高分辨率的模数转换，并且具有令人满意的低功率消耗和很小的芯片尺寸(意味着低价格);经过合理的设计，还可以提供优异的动态特性。流水线型ADC的内部结构原理图如图5所示：入进行量化，接着用一个至少N位精度的乘积型数模放大某一固定增益后送交下一级电路处理。经过L级这样的处理后，最后由一个较高精度的K位精细模数转换器对剩余信号进行转换。将上述各级粗、细A模数的输出组合起来构其中，L为级数(制造商各有不同),M为各级中模数转换器电路的粗分辨率。K为功率消耗(4)很少有比拟器进入亚稳态，从根本上消除了闪烁码温度计气泡，大大减少了ADC的误差(5)更高的采样速度，价格更低，所需设计时间更少，难度更小；(6)多级转换提高了ADC的分辨率。但是它也有一些缺点：(1)复杂基准电路和偏置结构不过，随着电子技术的飞速的开展，合理的设计多层印刷A/D转换器是模拟系统与数字系统接口的关键部件，长的异质结技术的开展；混合和模块集成A/D和D/A转换器是主导开展产品，其中16位100～200MH₂及8～10位10GH₂的性能A/D转换器是新一代先进雷达、电子战和通讯电如Ⅲ/V化合物半导体异质结技术，其晶体管的频率已大于50GH₂;在工艺技术中，双极、[1]史艳惊.常见的几种A/D转换技术的分析[J].淮南师范学院学报2005,(3)[2]阎石.数字电子技术根底(第四版)[M].北京高等教育出版社1998:479-500[4]曹鹏.模数变换器的几种典型结构及其应用[J].电讯技术，2003,(3):13-16[8]张建华.数字电子技术(第2版)[M].北京：机械工业出版社，2000processingsystem,focusonrate,appearingdifferentkindsofstructureandofdifferentfeatures.Thethesisgaveusabriefintroductionofcurrentconvertor'sp