《高速转换器简介和工作原理》.pdf

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1、高速转换嚣简介和工作原理DaveRobertson(ADI公司)作为“现实世界”模拟域与1和0构成的数字数级增长的环境。这些强大的数字引擎带来了同样世界之间的关口，数据转换器已成为现代信号处理呈指数级增长的信号和数据处理需求，从静态图像中的关键要素之～。过去30年，数据转换领域涌现到视频，到宽带频谱，无论是有线还是无线，均是如出了大量创新技术，这些技术不但助推了从医疗成此。100MHz的处理器或许能有效地处理带宽为像到蜂窝通信、再到消费音视频，各个领域的性能提IMHz至10MHz的信号，而运行时钟速率达数CH

2、z升和架构进步，同时还为实现全新应用发挥了重要的处理器则能够处理带宽达数百MHz的信号。作用。自然地，更强大的处理能力、更高的处理速率会宽带通信和高性能成像应用的持续扩张凸显出带来更快的数据转换。宽带信号扩大其带宽(往往高速数据转换的特殊重要性——转换器要能处理带达到物理或监管机构设定的频谱极限)，成像系统宽范围在10MHz至1GHz以上的信号。人们通过寻求提高每秒像素处理能力，以便更加快速地处理多种各样的转换器架构来实现这些较高的速率，各更高分辨率的图像。系统设计推陈出新，以利用极高有其优势。高速下在模拟域

3、和数字域之间来回切换的这种处理性能，其中还出现了并行处理的趋势，这也对信号完整性提出了一些特殊的挑战——不仅模可能意味着对多通道数据转换器的需求。拟信号如此，时钟和数据信号亦是如此。了解这些架构上的另一重要变化是走向“多载波／多通问题不仅对于器件选择十分重要，而且甚至会影响道”，甚至“软件定义”系统的趋势。传统的“模拟密整体系统架构的选择。集型”系统在模拟域中完成许多信号调理工作(滤波、放大、频率转换)；在经过充分准备后，对信号进1越来越快行“数字化处理”。一个例子是FM广播。给定电台的通道宽度通在许多技术领

4、域，我们习惯于把技术进步与更常为200kHz，FM频段范围为88MHz至108MHz。高的速率关联起来。从以太网到无线局域网再到蜂传统接收器把目标电台的频率转换成10．7MHz的窝移动网络，数据通信的实质就是不断提高数据传中频，过滤掉所有其他通道，并把信号放大到最佳解输速率。通过时钟速率的进步，微处理器、数字信号调幅度。多载波架构将整个20MHzFM频段数字化，并利用数字处理技术来选择和恢复目标电台。处理器和FPGA发展十分迅速，这主要得益于尺寸虽然多载波方案需要采用复杂得多的电路，但不断缩小的蚀刻工艺，结果

5、造就出开关速率更快、体积更小、功耗更低的晶体管。它具有极大的系统优势(图1)。例如，系统可以同时恢复多个电台，包括“边频”电台。如果设计得当，这些进步创造出一个处理能力和数据带宽呈指hRp：Ilwww．cicmag．corn【l】国集成电路设计ChinaIntegratedCircuit现有应用可能利用新的、性能更高的技术来提升其了巨大贡献。传统上，有多种架构方式用于高速功能，例如，高清摄像机或者分辨率更高的“3D”超ADC，包括全并行架构、折叠架构、交织架构和流水声设备等。每年还会涌现出全新的应用，很大一部

6、线架构，这些架构方式至今仍然非常流行。后来，传分处于性能边界的“外边缘处”，这得益于高速与高统上用于低速应用的架构也加人高速应用阵营，包分辨率的新组合。结果使转换器性能“边缘不断扩括逐次逼近寄存器(SAR)和△一∑，这些架构专门大”，就像池塘里的涟漪一样。针对高速应用进行了的改动。另一个重点是大多数应用具有功耗问题。对于每种架构都有自己的优势和劣势。某些应用一便携式／电池供电型应用，功耗可能是主要技术限般根据这些折衷来确定“最佳”架构。对于高速模数制条件，但是，即使是线路供电系统，我们也开始发转换器(DAC)

7、来说，首选架构一般是开关电流模式现，信号处理元件(模拟也好，数字也好)的功耗最结构。不过，这类结构有许多变体。开关电容结构的终会限制系统在给定物理区域的性能。速率稳步提高，在一些嵌入式高速应用中仍然十分流行。5技术发展趋势和创新●“数字辅助”方法：多年以来，在工艺和架构以外，高速数据转换器电路技术也取得了辉煌的创——如何实现新成就。校准方法已有数十年的历史，在补偿集成电路元件失配以及提高电路动态范围方面发挥着至鉴于这些应用在不断推高对高速数据转换器性关重要的作用。校准已经超越静态误差校正的范畴，能的要求，业界

8、以持续技术进步的方式对此做出了越来越多地用于补偿动态非线性度，包括建立误差一回应。技术对高级高速数据转换器的“推动”来自和谐波失真。以下几个因素：总之，这些领域的创新极大地促进了高速数据●工艺技术：摩尔定律与数据转换器——半导转换的发展。体工业在持续推动数字处理性能方面的成就有目共睹，其主要驱动因素是晶圆处理工艺在走向更细间6实现距微影蚀刻工艺方面取得的巨大进步。深亚微米CMOS晶体管的开关速率远远