ADC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn) - 模擬工程師必知必會(huì):帶你全方位學(xué)習(xí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)作為模擬IC的一種，也同樣順應(yīng)上述模擬IC的發(fā)展趨勢(shì)，但是它還遵循自身發(fā)展的規(guī)律。從最初的11位分辨率、50 kSps采樣速率和500 W功耗的SAR型ADC到現(xiàn)在的16位分辨率、1MSps采樣速率并且僅7 mW功耗的ADC AD7980， ADC的性能已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步。現(xiàn)有ADC存在7種結(jié)構(gòu)：falsh, half-flash, folding, SAR, pipelined, sigma-delta和未知結(jié)構(gòu)。其中piplined和未知結(jié)構(gòu)具有最佳的整體性能，所以它們非常適合例如無(wú)線收發(fā)器應(yīng)用和軍用等高性能要求的應(yīng)用;SAR ADC具有最寬的采樣速率，雖然它不是最快的，但由于低成本和低功耗使其很受歡迎。Sigma-delta ADC具有最高的分辨率，但是采樣速度較低，從kSps到MSps;而flash ADC由于其并行結(jié)構(gòu)具有最高采樣速率可達(dá)GSps，但是由于非線性使其分辨率限制在8位以?xún)?nèi)。

　　在進(jìn)行ADC性能比較時(shí)通常使用品質(zhì)因數(shù)：P=2B×fs和F=(2B×fs)/Pdiss，其中B是SNR比特?cái)?shù)，fs是采樣速率;Pdiss是功耗。文獻(xiàn)1認(rèn)為，在開(kāi)發(fā)高功率效率的ADC設(shè)計(jì)上取得了顯著進(jìn)步，但是，ADC的分辨率和速度的乘積P在1993年~1999年的6年中幾乎沒(méi)有進(jìn)步。文獻(xiàn)[2]針對(duì)4家主要IC制造商(ADI, Maxim, NS和TI)的ADC產(chǎn)品的3個(gè)通用性能指標(biāo)(采樣速率、分辨率和功耗)分析后認(rèn)為：上述P并不是恒定的，而是在低采樣速率下部分P有一些改善;在高采樣速率下部分P有一定降低(見(jiàn)圖1)。

　　Sigma-delta和flash轉(zhuǎn)換器是上述7中結(jié)構(gòu)中僅有的F隨時(shí)間降低的兩種結(jié)構(gòu)。這兩種ADC針對(duì)特定要求，只有較窄的應(yīng)用范圍，它們都需要犧牲更多的功耗用于實(shí)現(xiàn)更高性能，這導(dǎo)致了F的降低。余下的SAR, pipelined等5種結(jié)構(gòu)滿足速度和分辨率的中等應(yīng)用要求，因而能獲得更高的F。二十多年來(lái)，ADC技術(shù)的發(fā)展一直被新應(yīng)用推動(dòng)，從而促進(jìn)P的增加。雖然UWB，OFDM和雷達(dá)系統(tǒng)等應(yīng)用推動(dòng)ADC性能極限發(fā)展，ADC設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)已經(jīng)從性能擴(kuò)展轉(zhuǎn)向降低功耗，這一挑戰(zhàn)在移動(dòng)通信和SDR應(yīng)用中尤為突出。