流水线ADC

文章摘要：4. 数字标定MAX1200/MAX1201/MAX1205系列(16位1Msps、14位1Msps和2Msps ADC)采用数字标定来保证其优越的精度和动态性能。MAX1200系列是CMOS流水线ADC，它由四级4位（其中一位重叠）和最后的5位闪速ADC构成，总位数是3+3+3+3+5=17位（参见图3）。额外的1到3位是数字标定用来量化误差项来达到更高的精度，舍掉它们后，最后得到14位或16位的精度。标定从第三级的MDAC开始。第三级以上的MDAC误差已经足够小，不必标定。第三级的输出经剩余的流水线ADC数字化后，误差项存入片内的RAM中，第三级标定后，就可以用同样的方式由第三级来标定第二

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4. 数字标定

　　MAX1200/MAX1201/MAX1205系列(16位1Msps、14位1Msps和2Msps ADC)采用数字标定来保证其优越的精度和动态性能。MAX1200系列是CMOS流水线ADC，它由四级4位（其中一位重叠）和最后的5位闪速ADC构成，总位数是3+3+3+3+5=17位（参见图3）。额外的1到3位是数字标定用来量化误差项来达到更高的精度，舍掉它们后，最后得到14位或16位的精度。

　　标定从第三级的MDAC开始。第三级以上的MDAC误差已经足够小，不必标定。第三级的输出经剩余的流水线ADC数字化后，误差项存入片内的RAM中，第三级标定后，就可以用同样的方式由第三级来标定第二级，同样，第二级标定后，再标定第一级。为了使标定免受噪声的影响，采用取平均的方法（特别是第一和第二级的MDAC）。在正常转换期间，从RAM中取出标定的误差项来调整数字误差校正后的输出结果。

二、各种变型电路

　　从图1可以看出：根据每级的分辨率多少、最后闪速ADC的位数、是否采用数字标定和修正来提高最初几级的精度可以衍生出各种各样的流水线ADC。采样速率和分辨率部分地决定了每级采用的位数。通常，高速CMOS流水线ADC每级一般用于低位数（甚至每级只有一位，级间增益只有2），原因是CMOS比较难实现很高增益的宽带放大器。低采样速率的CMOS流水线ADC和双极型流水线ADC（即使采样速率很高）每级常采用多位数，这同时也带来了更小的数据延迟。

　　CMOS MAX1425/MAX1426 (10位10Msps和20Msps)系列使用流行的每级1.5位结构，每级只有1位分辨率和“0.5位重叠”，每级有一个1.5位的闪速ADC（只有2个比较器）。可以证明，利用数字误差校准，可以达到2位闪速ADC和DAC的标准MDAC同样的效果，这些转换器以20Msps速率采样10MHz输入信号时可以达到高达59dB的SNR。

　　MAX1444/MAX1446/MAX1448/MAX1449系列（10位40/60/80/105Msps）是最新的采用每级1.5位结构的高速甚低功耗10位ADC。它们组合了宽带低失真采样保持放大器，在整个奈奎斯特频率内以及高于奈奎斯特频率内保证了卓越的动态性能。该系列产品可用于数字接收机中的欠采样设计。

 

三、流水线ADC和其它ADC的比较

1. 与逐次逼近型比较

　　在逐次逼近（SAR）ADC中，用一个高速高精度比较器将模拟输入和前一次得到的模数转换结果通过DAC后的输出相比较，依次得到MSB到LSB的每一位，逐渐逼近输入模拟信号。SAR的这一串行工作方式从本质上限制了它的工作速度，最高约为几Msps左右，对更高的分辨率（14到16位）速度就更低。流水线ADC则不同，它是并行结构，各级同时以逐次方式得到1位或几位。虽然SAR中只需一个比较器，但是这个比较器必须高速工作（速率约为总位数×采样速率），其精度必须与ADC本身一样高，相反，流水线ADC内的比较器则不需要这一速度和精度。

　　当然，流水线ADC通常比相同位数的SAR占据更多的硅片面积。SAR只需一周期的延迟时间（=1/Fsample）就得到结果，而流水线ADC需要3或更多周期的延迟。与流水线ADC一样，12位精度以上的SAR也需要某些形式的校正和标定。

2. 与闪速型比较

　　尽管流水线ADC是并行机制，但它还需要DAC的精密转换和级间增益放大，因此存在建立时间问题。纯闪速型ADC不同，它有大量的比较器，每个比较器由宽带，低增益前置放大和锁存器构成。该前置放大器不像流水线ADC中的放大器，它只需提供增益，不需要线性和精度，只是比较器的触发点要很精确。因此流水线ADC速度根本比不上设计得很好的闪速型ADC.

　　虽然超高速8位闪速ADC（及各种合并/插值变体）的采样速率高达1.5Gsps（比如MAX104/MAX106/MAX108），但是很难找到10位的闪速ADC，特别是12位及高于12位的ADC还没有商用化。这是因为闪速ADC分辨率每增加1位，比较器数量就增加1倍，同时每个比较器的精度必须增加1倍。流水线ADC则不同，它的复杂性随分辨率线性增加，不是指数增加。

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