模数转换技术及其发展

《模数转换技术及其发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、集成电路应用模数转换技术及其发展天津大学精密仪器与光电子工程学院./"""0!1李素芬李刚孙景发摘要：介绍了各种类型%&’的工作原理及各自的优缺点2并指出了%&’的发展及应用前景。关键词：%&’分辨率精度速度随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测的%&’所有位的转换同时完成，其转换时间主要取决和自动控制系统中的广泛应用，利用数字系统处理模拟于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。增加信号的情况变得更加普遍。数字电子计算机所处理和传输出代码对转换时间的影响较小，但随着分辨率的提送的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大都是连高，需要高

2、密度的模拟设计以实现转换所必需的数量很续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成为电信号的模大的精密分压电阻和比较器电路。输出数字增加一位，拟量后，需经模(数转换变成数字信号才可输入到数字精密电阻数量就要增加一倍，比较器也近似增加一倍。系统中进行处理和控制，因而作为把模拟电量转换成数例如，!位的%&’需要!!个精密电阻和!（!)$）个并联比字量输出的接口电路——%(&转换器是现实世界中模较器。分压电阻网络彼此相差$个最低有效位"!，#(!拟信号通向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和如图$所示。瓶颈所在。当前，为了适应计算机、通讯和多媒体技术的

3、飞速发展以及高新技术领域的数字化进程不断加快，%&’在工艺、结构、性能上都有了很大的进步，正在朝着低功耗、高速、高分辨率的方向发展。!"#$的主要类型目前，世界上有多种类型的%&’，有传统的并行、逐次逼近型、积分型%&’，也有近年来新发展起来的!)!型和流水线型%&’，多种类型的%&’各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。低功耗、高速、高分辨率是新型的%&’的发展方向，同时%&’的这一发展方向将适应现代数字电子技术的发展。任何%&’都包括三个基本功能：抽样、量化和编码。抽样过程将模拟信号在时间上离散化，使之成为抽样信号；量化将抽样信号的幅

4、度离散化使之成为数字信图$并行%&’转换原理图号；编码则将数字信号最终表示成数字系统所能接受的闪烁式%&’的分辨率受管芯尺寸、过大的输入电的形式。如何实现这三个功能就决定了%&’的形式和容、大量比较器所产生的功率消耗等限制。结构重复的性能。同时，%&’的分辨率越高，需要的转换时间就越并联比较器如果精度不匹配，还会造成静态误差，如会长，转换速度就越低，故%&’的分辨率和转换速率两者使输入失调电压增大。同时，这一类型的%&’由于比较总是相互制约的。因而在发展高分辨率%&’的同时要器的亚稳态、编码气泡，还会产生离散的、不精确的输兼顾高速，在发展高

5、速%&’的同时要兼顾高分辨率，在出，即所谓的“火花码”。这类%&’的优点是模(数转换此基础上还要考虑功耗、体积、便捷性、多功能、与计算速度最高，缺点是分辨率不高，功耗大，成本高。机及通讯网络的兼容性以及应用领域的特殊要求等问现代发展的高速%&’电路结构主要采用这种全并题，这样也使得%&’的结构和分类错综复杂。目前，行的%&’，但由于功率和体积的限制，要制造高分辨率%&’集成电路主要有以下几种类型。闪烁式%&’是不现实的。由两个较低分辨率的闪烁式!%!并行比较"#$%&’构成较高分辨率的半闪烁式%&’或分级型%&’是并行比较%&’是现今速度最

6、快的模(数转换器，采当今世界制造高速%&’的主要方法。图!所示是一个-样速率在$*+,+以上，通常称为“闪烁式”%&’。它由电阻位的两级并行半闪烁式%&’的原理框图。其转换过程分压器、比较器、缓冲器及编码器四部分组成。这种结构分为两步：第一步是粗化量化。先用并行方式进行高#0!《电子技术应用》!""!年第#期万方数据集成电路应用隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现$(%转换。其原理图如图#所示。其工作分为两个阶段，第一阶段为采样期；第二阶段为比较期。通过两次积分和计数器的计数可以得到模拟信号的数字值%5!!，其

7、中!为计数器的位数，"为"6("/6输入电压在固定时间间隔内的平均值。图!半闪烁式$%&原理图位的转换，作为转换后的高#位输出，同时再把数字输出进行%($转换，恢复成模拟电压。第二步是进一步细化量化。把原输入电压与%($转换器输出的模拟电压相减，其差值再进行低#位的$(%转换。然后将上述两级$(%转换器的数字输出并联后作为总的输出。这样，在转换速度上作出了一点牺牲，但解决了分辨率提高和图#积分型$%&原理图元件数目剧增的矛盾。现代高速$%&与普通$%&相比积分型$%&两次积分的时间都是利用同一个时钟的主要特点是：单电源性能；将基准电源、采样

8、保持器和发生器和计数器来确定，因此所得到的%表达式与时钟增益放大器集成在一块芯片上，集成度高；采用标准的频率无关，其转换精度只取决于参考电压"/。此外，由")*!+的&,-.工艺