AD转换技术的发展历程及其趋势
模数转换电路发展历程

模数转换电路发展历程模数转换电路(ADC)是一种将模拟信号转换为数字信号的电路。
它在现代电子设备中广泛应用,如通信系统、计算机、音频设备等。
随着技术的进步,ADC的发展历程也经历了几个重要的阶段。
第一个阶段是模拟到数字转换方法的初步发展。
在20世纪50年代和60年代,模拟到数字转换主要采用积分逐级比较(successive approximation)和双积分逐级比较(dual-slope integration)等方法。
这些方法实现了较低的分辨率和较慢的转换速度,但是在当时已经具备了一定的应用价值。
第二个阶段是装填和并行处理技术的引入。
到了20世纪70年代和80年代,随着半导体技术的发展,模数转换电路开始使用集成芯片。
在这个阶段,引入了装填技术,即对输入信号进行样本保持和并行处理,从而提高了转换速度和分辨率。
在这个阶段出现了很多重要的ADC芯片,例如美国Analog Devices公司的AD7541、AD574等。
第三个阶段是ΔΣ调制技术的应用。
到了20世纪90年代和21世纪初,随着微电子技术的飞速发展,ADC的性能有了很大的提高。
在这个阶段,ΔΣ调制技术被广泛应用于ADC,它通过过采样和数字滤波器实现了高精度和高速的转换。
这种技术在音频设备、通信系统等领域得到广泛应用。
此外,随着电子设备微型化的趋势,ADC也朝着小型化、低功耗的方向发展。
第四个阶段是混合信号ADC的崛起。
随着移动通信、无线通信和传感器技术的迅猛发展,对于混合信号芯片的需求越来越大。
因此,混合信号ADC也成为了当前ADC技术研究和应用的热点之一。
混合信号ADC是指将模拟信号和数字信号处理电路集成在一起的ADC,它可以实现更高的集成度和更低的功耗。
总的来说,随着技术的进步和需求的变化,模数转换电路经历了从初级的模拟到数字转换方法到装填和并行处理技术,再到ΔΣ调制和混合信号技术的发展,实现了从低分辨率、低速度到高分辨率、高速度的转换。
ad转换的工作原理

ad转换的工作原理AD转换(Analog-to-Digital Conversion)是将模拟信号转换为数字信号的过程。
在现代电子设备中,AD转换是一项非常重要的技术,它广泛应用于通信、音频、视频、传感器等领域。
本文将介绍AD转换的工作原理,并探讨其在实际应用中的重要性和挑战。
一、AD转换的基本原理AD转换的基本原理是通过对连续的模拟信号进行采样和量化,将其转换为离散的数字信号。
这个过程可以分为三个主要步骤:采样、量化和编码。
1. 采样:采样是将连续的模拟信号在时间上进行离散化,以便能够对其进行处理和分析。
采样的频率决定了信号在时间上的离散程度,常用的采样频率有44.1kHz、48kHz等。
2. 量化:量化是将连续的模拟信号转换为一系列离散的取值。
量化的目的是将连续的信号分割为有限个离散级别,以便能够用有限的位数表示。
量化级别的数量决定了数字信号的精度,常用的量化级别有8位、16位、24位等。
3. 编码:编码是将量化后的离散信号转换为二进制码。
编码的目的是将离散的取值映射到对应的二进制数值,以便能够存储和处理。
常用的编码方式有二进制补码、格雷码等。
二、AD转换的重要性AD转换在现代电子设备中具有重要的作用,主要体现在以下几个方面:1. 信息传输:在通信系统中,模拟信号需要经过AD转换后才能被数字设备处理和传输。
例如,在手机通话过程中,声音信号经过手机内部的AD转换器转换为数字信号,然后通过网络传输到对方手机进行解码和播放。
2. 音频处理:在音频设备中,AD转换器将声音信号转换为数字信号后,可以对其进行各种处理,如音量调节、音效处理等。
这样一来,用户可以根据自己的需求调整音频效果,提升听觉体验。
3. 视频处理:在视频设备中,AD转换器将模拟的视频信号转换为数字信号后,可以对其进行压缩、编码、解码等处理,以便能够存储和传输。
这样一来,用户可以通过各种数字设备观看高清视频,享受更好的视觉效果。
4. 传感器应用:在传感器领域,AD转换器可以将各种模拟传感器输出的信号转换为数字信号,以便能够进行数字信号处理和分析。
全球adc企业发展历史

全球adc企业发展历史全球ADC(模数转换器)企业发展历史第一章:起步阶段ADC(模数转换器)是一种能够将模拟信号转换为数字信号的电子器件。
全球ADC企业的发展历史可以追溯到20世纪中叶。
在当时,电子技术的发展刚刚起步,ADC还处于实验室阶段。
不同国家的研究机构和大学开始尝试开发自己的ADC技术,并进行初步的应用研究。
第二章:技术突破与商业化随着电子技术的进一步发展,ADC技术也取得了重要突破。
20世纪60年代,美国的一家研究机构成功研制出了第一款商用ADC产品,并开始向市场推广。
这标志着ADC技术的商业化进程开始。
其他国家的企业也纷纷跟进,开始研发和生产自己的ADC产品。
第三章:全球市场竞争进入20世纪70年代,全球ADC企业的竞争逐渐加剧。
各家企业纷纷推出更加先进的ADC产品,提高转换精度和速度,并降低功耗和成本。
美国、日本和欧洲等地的企业成为全球ADC市场的主要竞争者,他们不断地进行技术创新和产品升级,以争夺市场份额。
第四章:技术革新与应用拓展在21世纪初,随着移动通信、数字音频、工业自动化等领域的快速发展,全球ADC企业面临着新的机遇和挑战。
为了满足不断增长的市场需求,企业们不断进行技术革新,推出了更高性能、更适用于特定应用场景的ADC产品。
同时,他们也积极探索新的应用领域,如医疗设备、汽车电子等。
第五章:全球合作与竞争格局随着全球化的进程,全球ADC企业之间的合作与竞争日益加剧。
一方面,各家企业通过技术交流、合作研发等方式加强合作,共同推动ADC技术的进步;另一方面,他们也在市场竞争中争夺地盘,推出具有竞争力的产品,争夺用户的青睐。
第六章:未来展望与挑战展望未来,全球ADC企业面临着新的机遇和挑战。
随着物联网、人工智能等领域的快速发展,对高性能、低功耗的ADC产品的需求将不断增加。
同时,新的技术和新的竞争者也将不断涌现,对现有企业构成挑战。
因此,全球ADC企业需要不断创新,加强合作,以应对未来的发展。
单片机的 ad的原理

单片机的 ad的原理
单片机(简称MCU)的AD转换器是一种电路模块,用于将模拟量(连续变化的信号)转换为数字量(离散的数值)。
单片机的AD转换原理如下:
1. 采样:AD转换开始时,首先需要对输入信号进行采样。
采样是指将连续的模拟信号在一定周期内进行离散化,获取一系列采样值。
2. 量化:采样得到的连续信号是模拟量,而单片机内部是通过数字量进行处理的,所以需要将模拟量转换为数字量。
这个过程称为量化。
量化是将连续的模拟信号分割为若干等间隔的电平,并将其与特定数量的离散级别相对应。
3. 编码:量化后的信号是模拟量对应的数字量,但数字量无法直接处理。
因此需要进行编码,将其转换为二进制码。
常用的编码方式是二进制编码、格雷码等。
4. 校准:由于硬件的不完美性或者环境因素的影响,AD转换器存在一定的误差。
因此需要进行校准操作,将转换的数字量与实际输入信号之间的误差进行修正。
5. 输出:经过上述步骤,AD转换器将模拟信号成功地转换为数字信号,并输出给单片机的输入引脚。
单片机可以通过读取输入引脚的数值来获取模拟量的数字表示。
总结:单片机的AD转换原理是通过采样、量化、编码、校准等步骤将模拟信号转换为数字信号,并输出给单片机进行处理。
电路中的AD转换与DA转换

电路中的AD转换与DA转换在当今信息时代,电子设备已经渗透到我们生活的方方面面。
而这些电子设备的运作离不开AD转换(模数转换)和DA转换(数模转换)这两个关键环节。
本文将介绍AD转换和DA转换的原理、应用以及相关技术发展。
一、AD转换AD转换是模拟信号转换为数字信号的过程。
在电子设备中,传感器等设备输出的信号多为模拟信号,需要通过AD转换将其转换成数字信号,才能由电子器件进行处理和存储。
AD转换器通常由采样器、量化器和编码器组成。
采样器的作用是将模拟信号在一定的时间间隔内取样,量化器将取样的模拟信号分成有限个离散值进行量化,编码器将量化后的离散值转换成二进制数字信号。
通过这一过程,AD转换器能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
AD转换器广泛应用于各个领域,如音频、视频、电力系统等。
在音频领域,AD转换器用于将声音等模拟信号转换为数字信号,实现录音、播放等功能。
在电力系统中,AD转换器用于电能计量、监测等方面。
二、DA转换DA转换是数字信号转换为模拟信号的过程。
数字信号由计算机或其他数字系统处理和存储,而大部分外围设备如音箱、显示器等则需要模拟信号进行驱动。
DA转换器通常由数字信号输入端和模拟输出端组成。
数字信号输入端接收来自计算机或其他数字系统的数字信号,将数字信号按照一定的波形进行放大、滤波等处理后,经过模拟输出端输出为模拟信号。
这样,数字系统生成的数字信号便可以控制外围设备的模拟输出。
DA转换器广泛应用于音频设备、显示设备等领域。
在音频设备中,DA转换器用于将计算机中存储的音频文件转换为模拟信号,通过音箱输出高质量的音乐。
在显示设备中,DA转换器则将计算机生成的数字图像信号转换为模拟信号,驱动显示器显示各种图像。
三、技术发展随着科技的不断进步,AD转换与DA转换技术也得到了快速的发展与创新。
目前,高速、高精度、低功耗、小型化是AD转换与DA转换技术的发展方向。
在AD转换技术方面,新型的Delta-Sigma调制技术、超大规模集成电路技术等被广泛应用,提高了AD转换器的精度和信噪比。
AD转化芯片的工作原理及应用

AD转化芯片的工作原理及应用1. 工作原理AD转化芯片(Analog-to-Digital Converter, ADC)是一种将模拟信号转换为数字信号的电子器件。
它的工作原理基于采样和量化两个步骤。
1.1 采样AD转化芯片首先对输入的模拟信号进行采样,即将连续的模拟信号在时间上离散化。
采样的频率决定了芯片能够处理的最高频率信号,这也是AD转化芯片的重要参数之一。
常见的采样方式有均匀采样和非均匀采样。
1.2 量化在采样后,AD转化芯片将采样得到的模拟信号转换为数字信号。
量化过程是将连续的模拟信号分为若干个离散的量化水平,例如8位ADC可将模拟信号分为256个不同的量化水平。
量化的精度决定了AD转化芯片的分辨率,常见的精度有8位、10位、12位等。
2. 应用2.1 信号处理系统AD转化芯片在信号处理系统中扮演着重要的角色。
模拟信号可以通过AD转化芯片转换为数字信号后,通过数字处理器进行各种算法处理,如滤波、变换、编码等。
这样可以提高信号的处理效率和精度,并方便信号的存储和传输。
2.2 传感器接口AD转化芯片经常用于传感器接口。
各种传感器产生的模拟信号可以通过AD转化芯片转换为数字信号,方便后续的数据处理和分析。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。
2.3 仪器仪表AD转化芯片广泛应用于各种仪器仪表中。
例如多用途示波器、频谱分析仪等都需要将输入的模拟信号转换为数字信号进行处理和显示。
AD转化芯片在仪器仪表中能够提供高精度和快速的信号转换能力。
2.4 通信系统在通信系统中,AD转化芯片用于将模拟信号转换为数字信号进行数字调制和解调。
这样可以方便信号的传输和处理,提高通信系统的效率和可靠性。
常见的应用包括调制解调器、无线通信设备等。
3. 优势AD转化芯片具有以下几个优势:•精度高:AD转化芯片能够提供高精度的模拟信号转换,满足各种应用的需求。
•速度快:AD转化芯片可以快速地将模拟信号转换为数字信号,适用于高速数据处理和传输。
ad转换器工作原理

ad转换器工作原理
AD转换器是将模拟信号转换为数字信号的电子器件。
它的工作原理可以简要描述为以下几个步骤:
1. 采样:AD转换器首先将连续的模拟信号进行采样,即在一定的时间间隔内获取模拟信号的离散样本。
采样过程中,模拟信号的幅度会被量化为一组离散的数值。
2. 量化:在量化阶段,AD转换器将每个采样点的模拟信号幅度映射到一组数字取值中。
这个过程中,AD转换器使用一组固定的量化电平,将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
量化电平的数目和分辨率决定了转换器的精度。
3. 编码:量化后的数字信号需要进行编码,将其转换为二进制形式的数字信号。
编码过程中,AD转换器使用二进制编码方式,将每个量化后的数字信号映射到相应的二进制编码。
4. 输出:经过采样、量化和编码后,AD转换器将数字信号输出到接收端,供后续数字系统进行处理和分析。
输出的数字信号可以被用于数字信号处理、存储和传输等应用。
需要注意的是,AD转换器的性能受到多种因素的影响,如采样率、分辨率、信噪比等。
较高的采样率和分辨率可以提高转换器的精度和灵敏度,而较低的信噪比可能会导致转换过程中的误差和失真。
因此,在实际应用中,需要根据具体需求选择适合的AD转换器。
ADC研究背景意义现状及发展趋势

ADC研究背景意义现状及发展趋势ADC(Analog-to-Digital Converter)是模拟到数字转换器的英文缩写。
它是一种电子设备,能够将模拟信号转换为对应的数字信号。
ADC在现实生活中广泛应用于多个领域,包括通信、医疗、测量仪器等。
本文将从研究背景、意义、现状和发展趋势四个方面来探讨ADC的发展。
研究背景:ADC的研究起源于20世纪50年代,当时电子技术的快速发展需要将模拟信号转换为数字信号,以便进行数字信号处理和存储。
最初的ADC是基于模拟电路设计的,随着技术的进步,出现了数字电路设计的ADC。
近年来,随着移动通信和物联网技术的快速发展,对高速、高精度、低功耗的ADC的需求越来越大,促使ADC技术不断创新和发展。
意义:ADC在现代电子设备中具有重要的意义。
首先,它能将模拟信号转换为数字信号,为数字信号处理提供输入。
其次,ADC在通信领域起到了连接模拟世界和数字世界的桥梁作用,将模拟信号转换为数字信号后进行数字信号处理和传输。
此外,在医疗领域,ADC的应用使得医学图像和信号可以被数字设备进行处理和分析,提高了医疗诊断的准确性和效率。
现状:目前,ADC技术已经非常成熟,从最早的低速、低精度的ADC发展到今天的高速、高精度的ADC。
常见的ADC类型包括逐次逼近型(SAR)ADC、逐量积累型(Sigma-Delta)ADC和平行型ADC。
其中,SAR ADC是应用最广泛的一种类型,具有简单的架构、低功耗、较高的分辨率和转换速度。
发展趋势:在未来,ADC的发展将朝着以下几个方向发展。
首先,高速高精度的ADC将是一个主要的发展趋势。
随着通信技术的进步,对高速数据传输和处理的需求越来越大,ADC需要具备更高的转换速度和更精确的分辨率。
其次,低功耗的ADC也是未来的发展方向,特别是在物联网设备、传感器网络等大规模应用中,低功耗是一个非常重要的考虑因素。
此外,集成度的提高也是ADC的发展方向之一,通过集成更多的功能和特性,实现更小的尺寸和更高的性能,满足现代电子设备的需求。
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目录1 引言 (3)2 A/D转换器的发展历史 (3)3 A/D转换技术的发展现状 (3)3.1 全并行模拟/数字转换 (4)3.2 两步型模拟/数字转换 (4)3.3 插值折叠型模拟/数字转换 (5)3.4 流水线型模拟/数字转换 (6)3.5 逐次逼近型模拟/数字转换 (7)3.6 Σ-Δ模拟/数字转换 (8)4 A/D转换器的比较与分类 (9)5 A/D转换技术的发展趋势 (10)A/D转换电路的外特性研究以及A/D转换技术的发展历程和趋势1 引言随着电子产业数字化程度的不断发展,逐渐形成了以数字系统为主体的格局。
A/D转换器作为模拟和数字电路的接口,正受到日益广泛的关注。
随着数字技术的飞速发展,人们对A/D转换器的要求也越来越高,新型的模拟/数字转换技术不断涌现。
本文主要介绍了当前几种常用的A/D转换技术;并通过对数字技术发展近况的分析,探讨了A/D转换技术未来的发展趋势。
2 A/D转换器的发展历史计算机、数字通讯等数字系统是处理数字信号的电路系统。
然而,在实际应用中,遇到的大都是连续变化的模拟量,因此,需要一种接口电路将模拟信号转换为数字信号。
A/D转换器正是基于这种要求应运而生的。
1970年代初,由于MOS工艺的精度还不够高,所以模拟部分一般采用双极工艺,而数字部分则采用MOS工艺,而且模拟部分和数字部分还不能做在同一个芯片上。
因此,A/D转换器只能采用多芯片方式实现,成本很高。
1975年,一个采用NMOS工艺的10位逐次逼近型A/D转换器成为最早出现的单片A/D转换器。
1976年,出现了分辨率为11位的单片CMOS积分型A/D转换器。
此时的单片集成A/D转换器中,数字部分占主体,模拟部分只起次要作用;而且,此时的MOS工艺相对于双极工艺还存在许多不足。
1980年代,出现了采用BiCMOS工艺制作的单片集成A/D转换器,但是工艺复杂,成本高。
随着CMOS工艺的不断发展,采用CMOS工艺制作单片A/D转换器已成为主流。
这种A/D转换器的成本低、功耗小。
1990年代,便携式电子产品的普遍应用要求A/D转换器的功耗尽可能地低。
当时的A/D转换器功耗为mW级,而现在已经可以降到μW级。
A/D转换器的转换精度和速度也在不断提高,目前,A/D转换器的转换速度已达到数百MSPS,分辨率已经达到24位。
3 A/D转换技术的发展现状通常,A/D转换器具有三个基本功能:采样、量化和编码。
如何实现这三个功能,决定了A/D转换器的电路结构和工作性能。
A/D转换器的类型很多,下面介绍几种目前常用的模拟/数字转换技术。
3.1 全并行模拟/数字转换全并行A/D转换器的结构如图1所示。
它的工作原理非常简单,模拟输入信号同时与2N-1个参考电压进行比较,只需一次转换就可以同时产生n位数字输出。
它是迄今为止速度最快的A/D转换器,最高采样速率可以达到500MSPS。
但是,它也存在很多不足。
首先,硬件开销大,其功耗和面积与分辨率呈指数关系;其次,结构重复的并行比较器之间必须要精密匹配,任何失配都会造成静态误差。
而且,这种A/D转换器还容易产生离散和不确定的输出,即所谓的“闪烁码”。
所以,全并行A/D转换器只适用于分辨率较低的情况。
图1N位全并行A/D转换器结构框图减小全并行A/D转换器的输入电容和电阻网络的级数是提高其性能的关键。
为了达到这一目的,采用了各种新技术,如将全并行结构与插值技术相结合,可降低功耗和面积,从而可使全并行A/D转换器进行更高精度的模拟/数字转换。
Lane C.设计了一个10位60MSPS转换速率的全并行A/D转换器,通过运用插值技术,将比较器的数目从1023个减小到512个,大大节省了功耗和面积。
3.2 两步型模拟/数字转换两步型A/D转换器的结构如图2所示。
首先,由一个粗分全并行A/D转换器对输入进行高位转换,产生N1位的高位数字输出,并将此输出通过数字/模拟转换,恢复为模拟量;然后,将原输入电压与此模拟量相减,对剩余量进行放大,再送到一个更精细的全并行模拟/数字转换器进行转换,产生N2位的低位数字输出;最后,将这两个A/D转换器的输出并联,作为总的数字输出。
与全并行A/D转换器相比,此种类型的A/D转换器虽然转换速度降低了,但是节省了功耗和面积,解决了全并行A/D转换器中分辨率提高与元件数目剧增的矛盾。
因此,两步型A/D转换器可用于10位以上的模拟/数字转换,但是,它对剩余量放大器的要求很高,剩余量必须被放大到充满第二个A/D转换器的输入模拟量围,否则,会产生非线性和失码。
另外,第一级A/D转换器和D/A转换器的建立时间及精度是限制两步型A/D转换器工作速度的一个重要因素,如果建立时间不充分,势必导致转换结果出现误差,所以,大多数两步型A/D转换器都采用了数字校正技术来改善这一问题。
Razavi,B.和Wooley,B.A.采用校正技术研制的两步型A/D转换器,其第一级比较器的建立时间只需10ns,失调电压可达到5mV,转换速度高达5MSPS,分辨率为12位。
图2两步型A/D转换器的结构框图3.3 插值折叠型模拟/数字转换折叠结构如图3所示,其基本原理就是通过一个特殊的模拟预处理(图3中的阴影部分)产生余差电压,并随后进行数字化,获得最低有效位(LSB),最高有效位(MSB)则通过与折叠电路并行工作的粗分全并行A/D转换器得到,几乎在对信号采样的同时,对余差进行采样。
图3折叠结构框图图3中,折叠电路的传输函数是理想情况,实际电路很难实现。
所以,一般的折叠结构都具有非线性,但其过零点处的非线性为0。
若只考虑这些过零点,则Vin与Vrj之差的极性可以被正确确定,再采用插值的办法产生额外的过零点来解决低位。
这就是插值折叠的基本思想,它既利用了折叠特性,又不带来额外的非线性。
各种新技术的运用,使插值折叠型A/D转换器的性能不断提高。
这里介绍两种新技术:电流式插值系统和级联结构。
用电阻实现的电压式插值器,其精度受到电阻匹配度的限制,而在电流式插值器中,信号是由电流幅度表示的,其精度更高,而且更适合在低电源电压下工作。
Li,Y-C等人通过在细量化通路上采用电流模式信号处理技术来降低电压摆幅,获得了具有300MSPS转换速度、60MHz输入信号带宽、7位分辨率的A/D转换器。
另一种改进方法就是采用级联结构。
在无需增加并行输入级和细分A/D转换器中比较器数目的条件下,级联结构可将转换精度提高到8位以上。
V orenkamp,P.等人设计的12位插值折叠型A/D转换器采用三步式级联结构,其中,3位粗分量化,3位中分量化,6位细分量化。
该A/D转换器只需50个比较器,转换速度为60MSPS。
3.4 流水线型模拟/数字转换流水线型A/D转换器是对两步型A/D转换器的进一步扩展,其结构如图4所示。
它将一个高分辨率的n位模拟/数字转换分成多级的低分辨率的转换,然后将各级的转换结果组合起来,构成总的输出。
每一级电路由采样/保持电路(S/H)、低分辨率A/D转换器、D/A转换器、减法器和可提供增益的级间放大器组成。
图4流水线型A/D转换器结构框图这种类型的A/D转换器具有以下优点: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;每一级都具有各自独立的采样保持放大器,因此允许流水线各级同时对多个采样进行处理,从而提高了转换速度;分辨率相同的情况下,电路规模及功耗大大降低。
但它也存在一些缺点: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;对工艺缺陷和印刷线路板较敏感,这会影响增益非线性、失调及其它参数。
目前,普遍采用两种新技术来提高流水线A/D转换器的性能。
一种是时间交织技术,使多条流水线并行工作。
通过采用这种技术,可大大提高转换速率,但并行的通道数不能太多,否则,会大大增加芯片面积和功耗,而且各个通路之间需要高度匹配,在工艺上很难实现。
Sumanen,L.等人设计了一个具有4个并行通道的流水线A/D转换器,采用0.5μmCMOS工艺实现。
该A/D转换器的采样率高达200MSPS,分辨率为10位。
另一种新技术就是数字校准技术,其主要思想是将校准周期测量到的误差存放在存储器中,然后在正常运算周期,通过原始码寻址,得到校对码,再通过原始码和校对码的运算,得到最终的数字输出。
这种技术可对模拟电路的失调不匹配以及非线性引入的误差等进行有效的校正,从而使流水线A/D转换器的精度超过10位。
Hakarainen,V.等人研制的交织型流水线A/D转换器,运用这种校正技术来校正子D/A转换器的误差,并对各并行通道之间增益和失调电压的失配进行补偿,从而在10位的器件匹配精度下获得了14位的转换精度。
3.5 逐次逼近型模拟/数字转换逐次逼近型A/D转换器的结构如图5所示,其工作原理如下:输入信号的抽样值与D/A 转换器的初始输出值相减,余差被比较器量化,量化值再来指导控制逻辑是增加还是减少D/A 转换器的输出;然后,这个新的D/A转换器输出值再次从输入抽样值中被减去,不断重复这个过程,直至其精度达到要求为止。
由此可见,这种A/D转换器在一个时钟周期里只完成1位转换,N位转换就需要N个时钟周期,故它的采样率不高,输入带宽也较低;但电路结构简单,面积和功耗小,而且不存在延迟问题。
逐次逼近型A/D转换器的一个关键部分就是D/A转换器,它制约着整个A/D转换器的精度和速度。
D/A转换器传统的制作方法是用精密电阻网络实现,但是它的精度不高。
以电容阵列为基础,采用电荷重分布技术的D/A转换器可以获得更高的精度,这主要是由于在MOS 电路中比较容易制造出小容量的精密电容,而且电容损耗极小。
Gan,J-H等人采用非二进制的电容阵列结构实现D/A转换器,并采用自校准技术提高电容的匹配度,使D/A转换器的精度高达22位,制作出功耗为50mW的16位1.5MSPS高性能逐次逼近型A/D转换器。
图5逐次逼近型A/D转换器结构框图3.6 Σ-Δ模拟/数字转换Σ-Δ A/D转换器的结构如图6所示,它由Σ-Δ调制器和数字滤波器组成。
调制器包括一个积分器和比较器,以及含有一个1位D/A转换器的反馈环,具有噪声整形功能,将量化噪声从基带搬移到基带外的更高频段,从而提高了信噪比。
而且,在进行Σ-Δ调制时,以远高于Nyquist采样率的频率对模拟信号进行采样,可减少基带围的噪声功率,使转换精度进一步提高。
经调制器输出的是1位的高速Σ2Δ数字流,包含大量高频噪声,因此需要数字滤波器,滤除高频噪声,降低抽样频率。
图6Σ2ΔA/D转换器结构框图Σ-ΔA/D转换器是目前精度最高的A/D转换器。
此外,它还具有极其优越的线性度、无需微调,以及更低的防混淆等优点。
但是,过采样技术要求采样频率远高于输入信号频率,从而限制了输入信号带宽;而且,随着过采样率的提高,功耗会大大增加。