摘要：介紹了各種類型ADC的工作原理及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并指出了ADC的發(fā)展及應(yīng)用前景。

    關(guān)鍵詞：ADC 分辨率 精度 速度

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)在自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，利用數(shù)字系統(tǒng)處理模擬信號(hào)的情況變得更加普遍。數(shù)字電子計(jì)算機(jī)所處理和傳送的都是不連續(xù)的數(shù)字信號(hào)，而實(shí)際中遇到的大都是連續(xù)變化的模擬量，模擬量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的模擬量后，需經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)才可輸入到數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)行處理和控制，因而作為把模擬電量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出的接口電路-A/D轉(zhuǎn)換器是現(xiàn)實(shí)世界中模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的橋梁，是電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和瓶所在。

當(dāng)前，為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)、通訊和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展以及高新技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)字化進(jìn)程不斷加快，ADC在工藝、結(jié)構(gòu)、性能上都有了很大的變化，正在朝著低功耗、高速、高分辨率的方向發(fā)展。

1 ADC的主要類型

目前，世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型ADC，也有近年來新發(fā)展起來的∑-Δ型和流水線型ADC，多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的具體應(yīng)用要求。低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的發(fā)展方向，同時(shí)ADC的這一發(fā)展方向?qū)⑦m應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展。

任何ADC都包括三個(gè)基本功能：抽樣、量化和編碼。抽樣過程將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化，使之成為抽樣信號(hào)；量化將抽樣信號(hào)的幅度離散化使之成為數(shù)字信號(hào)；編碼則將數(shù)字信號(hào)最彈簧表示成數(shù)字系統(tǒng)所能接受的形式。如何實(shí)現(xiàn)這三個(gè)功能就決定了ADC的形式和性能。同時(shí)，ADC的分辨率越高，需要的轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換速度就越低，故ADC的分辨率和轉(zhuǎn)換速率兩者總是相互制約的。因而在發(fā)展高分辨率ADC的同時(shí)要兼顧高速，在發(fā)展高速ADC的同時(shí)要兼顧高分辨率，在此基礎(chǔ)上還要考慮功耗、體積、便捷性、多功能、與計(jì)算機(jī)及通訊網(wǎng)絡(luò)的兼容性以及應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求等問題，這樣也使得ADC的結(jié)構(gòu)和分類錯(cuò)綜復(fù)雜。目前，ADC集成電路主要有以下幾種類型。

    1.1 并行比較ADC

并行比較ADC是現(xiàn)今速度最快的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在1GSPS以上，通常稱為“閃爍式”ADC。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。這種結(jié)構(gòu)的ADC所有位的轉(zhuǎn)換同時(shí)完成，其轉(zhuǎn)換時(shí)間主取決于比較器的開關(guān)速度、編碼器的傳輸時(shí)間延遲等。增加輸出代碼對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間的影響較小，但隨著分辨率的提高，需要高密度的模擬設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換所必需的數(shù)量很大的精密分壓電阻和比較器電路。輸出數(shù)字增加一位，精密電阻數(shù)量就要增加一倍，比較器也近似增加一倍。例如，n位的ADC需要2n個(gè)精密電阻和2(n-1)個(gè)并聯(lián)比較器。分壓電阻網(wǎng)絡(luò)彼此相差1個(gè)最低有效位VR/2n,如圖1所示。

閃爍式ADC的分辨率受管芯尺寸、過大的輸入電容、大量比較器所產(chǎn)生的功率消耗等限制。結(jié)果重復(fù)的并聯(lián)比較器如果精度不匹配，還會(huì)造成靜態(tài)誤差，如會(huì)使輸入失調(diào)電壓增大。同，這一類型的ADC由于比較器的亞穩(wěn)壓、編碼氣泡，還會(huì)產(chǎn)生離散的、不精確的輸出，即所謂的“火花碼”。這類ADC的優(yōu)點(diǎn)是模/數(shù)轉(zhuǎn)換速度最高，缺點(diǎn)是分辨率不高，功耗大，成本高。

現(xiàn)代發(fā)展的高速ADC電路結(jié)構(gòu)主要采用這種全并行的ADC，但由于功率和體積的限制，要制造高分辨率閃爍式ADC是不現(xiàn)實(shí)的。由兩個(gè)較低分辨率的閃爍式ADC構(gòu)成較高分辨率的半閃爍式ADC或