管道ADC,管道ADC原理及作用是什么?

人們都習慣把管道ADC稱為流水線ADC，流水線結(jié) 構(gòu)中各模數(shù)轉(zhuǎn)換級處于并行工作狀態(tài)，提高了轉(zhuǎn)換速率;如果要增加A/D轉(zhuǎn)換的分辨率，只需在流水線結(jié)構(gòu)級聯(lián)更多的轉(zhuǎn)換級，這樣，芯片面積和功耗是隨著分辨率的增加而線性增加的，與全并行結(jié)構(gòu)相比，在高精度的應(yīng)用中會明顯地減少芯片面積和降低功耗;由于使用了輸入采樣保持電路，能精確地對高頻信號進行采樣，并且由于級間放大器的增益大于1，后級的非線性效應(yīng)會被前級的增益所衰減;通過采用冗余自校正設(shè)計，可以把電路非理想因素對線性的影響減到最小。因此，它與其他高速結(jié)構(gòu)相比更適合用于高分辨率ADC。

優(yōu)點:

?用到的器件數(shù)目與轉(zhuǎn)換位數(shù)成正比，功耗得到了限制;

?通過數(shù)字校正電路實現(xiàn)了較高的精度，但對所用到的功能電路的性能要求不高;

?每一級的冗余位優(yōu)化了重疊誤差的糾正。每一級具有各自獨立的采樣放大器，前一級電路的采?？梢葬尫懦鰜碛米犹幚硐乱淮蔚牟蓸樱虼嗽试S流水線各級同時對多個采樣進行處理;

?速度更高，價格更低，設(shè)計時間更少，難度更小;

?模擬信號要經(jīng)過多級轉(zhuǎn)換，但模擬信號之間為并行處理，可達到高的轉(zhuǎn)換速度:

?很少有比較器進入亞穩(wěn)態(tài)，從根本上消除了火花碼和溫度計氣泡。

缺點:

?復(fù)雜的基準電路和偏置結(jié)構(gòu);

?輸入信號必須穿過數(shù)級電路，造成流水線延遲;

?同步所有輸出需要嚴格的鎖存定時;

?對工藝缺陷比較敏感，會影響增益非線性、失調(diào)以及其他參數(shù);

?與其他轉(zhuǎn)換器相比，對印制線路板布線更敏感。

基本原理：

基本上，人們都習慣把管道ADC稱為流水線ADC，因為，“流水線”更符合于他的原理。的原理圖如圖所示:

流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器也叫子區(qū)式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它的每個子區(qū)具有獨立的采樣保持電路，形成流水線工作方式。當某一級子區(qū)的轉(zhuǎn)換任務(wù)完成之后，會將電壓余量傳到下一級，同時該級子區(qū)對上一級傳遞過來的模擬值進行采樣，因此，從整個轉(zhuǎn)換過程來說是串行的，但是就每一步來說卻是并行的，所以整個流水線的轉(zhuǎn)換速率是由單級的最高速率所決定的，與流水線的級數(shù)無關(guān)。如圖的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理框圖所示，每一級流水線結(jié)構(gòu)都會包括一個采樣/保持(Sample and Hold)電路、一個低精度子模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Sub-ADC)，一個子數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Sub-DAC )、一個模擬減法電路、還有一個增益電路。流 水 線 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字部分一般是用來進行數(shù)字校正或是數(shù)字校準，當只有數(shù)字校正的時候，數(shù)字電路只需要一些延遲寄存器和進位全加器，而當采用數(shù)字校準技術(shù)的時候數(shù)字電路就很復(fù)雜了，其中會包括時序產(chǎn)生電路、誤差系數(shù)RAM，累加器，有時還會需要乘法或除法器。

流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一級所需要的精度要求最高，也可以說它決定著整個流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。在第一級之后的各級可以逐級減小精度要求而基本不會影響整體的精度。所以，流水線的各級尺寸通常會被設(shè)計成逐級減小形式，其目的是降低功率消耗和節(jié)省芯片面積。一般來說，流水線單級采用什么樣的結(jié)構(gòu)以及采用多少位數(shù)是根據(jù)總的位數(shù)及功耗、速度等要求來決定的。流水線各級的工作是在兩相不交迭時鐘的控制下完成的，當一級處于采樣保持狀態(tài)時，其相鄰的兩級就是增益放大狀態(tài)，而當它處于增益放大狀態(tài)時，其相鄰兩級就處于采樣保持狀態(tài)。

現(xiàn)狀和發(fā)展

當前，高速的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度和速度要求越來越高，而一般來說高速和高精度不易兼顧，但是流水線結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器卻可以在高速和高精度之間做到很好的折衷，可以同時獲得相對較高的精度與采樣速度。國際上著名的模擬器件廠商TI的典型成熟產(chǎn)品中，14位的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度達到125MSPS，而ADI的12位的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率已達到400MSPS，另外，也有16位以上的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品面世。