摘要：對幾種最為常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)及其特點加以比較，著重介紹最新的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)——流水線技術(shù)；闡述其工作原理、性能特點及其優(yōu)點，以助于讀者更好地選擇適合自己設(shè)計的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

    關(guān)鍵詞：模數(shù)轉(zhuǎn)換 閃爍型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ∑-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器

引言

模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為N位二進(jìn)制數(shù)字輸出信號的技術(shù)。采用數(shù)字信號處理能夠方便實現(xiàn)各種先進(jìn)的自適應(yīng)算法，完成模擬電路無法實現(xiàn)的功能，因此，越來越多的模擬信號處理正在被數(shù)字技術(shù)所取代。與之相應(yīng)的是，作為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間橋梁的模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用日趨廣泛。為了滿足市場的需求，各芯片制造公司不斷推出性能更加先進(jìn)的新產(chǎn)品、新技術(shù)，令人目不暇接。本文就幾種最為常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行分析比較。

1 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)

模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編程四個過程。采樣就是將一個連續(xù)變化的信號x(t)轉(zhuǎn)換成時間上離散的采樣信號x(n)。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，對于采樣信號x(t)，如果采樣頻率fs大于或等于2fmax（fmax為x(t)最高頻率成分），則可以無失真地重建恢復(fù)原始信號x（t）。實際上，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件的非線性失真，量化噪聲及接收機噪聲等因素的影響，采樣速率一般取fs=2.5fmax。通常采樣脈沖的寬度tw是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。要把一個采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就是量化誤差。假設(shè)噪聲信號在量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。編碼是將量化后的信號編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過程有些是合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程同時實現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。實現(xiàn)這些過程的技術(shù)有很多，從早在上世紀(jì)70年代就出現(xiàn)的積分型到最新的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，種類繁多。由于原理的不同，決定了它們性能特點的差別。

1.1 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器稱雙斜率或多斜率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，是應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換器類型。典型的是雙斜率轉(zhuǎn)換器，我們就以其為例說明積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理。雙斜率轉(zhuǎn)換器包括兩個主要部分：一部分電路采樣并量化輸入電壓，產(chǎn)生一個時域間隔或脈沖序列，再由一個計數(shù)器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，如圖1所示。

    雙斜率轉(zhuǎn)換器由1個帶有輸入切換開關(guān)的模擬積分器、1個比較器和1個計數(shù)單元構(gòu)成。積分器對輸入電壓在固定的時間間隔內(nèi)積分，該時間間隔通常對應(yīng)于內(nèi)部計數(shù)單元的最大地數(shù)。時間到達(dá)后將計數(shù)器復(fù)位并將積分器輸入連接到反板性（負(fù)）參考電壓。在這個反極性信號作用下，積分器被“反向積分”直到輸出回到零，并使計數(shù)器終止，積分器復(fù)位。

積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度和帶寬都非常低，但它們的精度可以做得很高，并且抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾（如50Hz或60Hz）的能力，使其對于嘈雜的工業(yè)環(huán)境以及不要求高轉(zhuǎn)換速率的應(yīng)用有用（如熱電偶輸出的量化）。

1.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

逐次逼近型轉(zhuǎn)換器包括1個比較器、1個數(shù)模轉(zhuǎn)換器、1個逐次逼近寄存器（SAR）和1個邏輯控制單元，如圖2所法。轉(zhuǎn)換中