簡單認識模/數(shù)轉(zhuǎn)換器

模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ Analog-to- Digital Converter， ADC，也簡寫成A/D、AD 或A-to-D)是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的集成電路。ADC 按轉(zhuǎn)換方法可分為并行結(jié)構(gòu) ADC (Flash ADC)、多步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) ADC (Multi-Step ADC)、逐次逼近型ADC (Successive Approximation Register, SAR ADC)、流水線型 ADC (PipelinedADC)、積分一微分型 ADC (Sigma-Delta ADC，Σ-△ADC)、混合結(jié)構(gòu)型 ADC(Hybrid ADC)、時間交織型 ADC (Time-Interleaved ADC)。 并行 ADC結(jié)構(gòu)主要適用于1~8位 ADC。 SAR ADC 結(jié)構(gòu)主要適用于 5~10 位 ADC。 流水線型ADC結(jié)構(gòu)主要適用于 8~16位 ADC。積分一微分型 ADC 結(jié)構(gòu)主要適用于 16~32位 ADC。混合結(jié)構(gòu)型 ADC 主要適用于功率和速度折中優(yōu)化場合。時間交織型 ADC 是由多個單通道 ADC 構(gòu)成的，按照分時采樣、并行轉(zhuǎn)換實現(xiàn)采樣速率的倍頻，主要適用于高速場合。

ADC 主要性能包括分辨率（單位為位，即bit）、采樣速率（單位為Sampling Per Second, SPs)和功耗（Power)。分辨率越高、采樣速度越快，其功耗一般也會越大。目前4~6位 ADC 可以實現(xiàn)上百 GSPS 的采樣速率，而最高分辨率的 32 位 ADC 僅能實現(xiàn) 38kSPS 的采樣速率。

從 ADC 的發(fā)展歷史來看，早期的 ADC 采用 SAR 型架構(gòu)，工藝有雙極工藝和CMOS 工藝，工藝特征尺寸較大，分辨率一般為 6~12位，采樣速率為 kSPS數(shù)量級。1978年 ADI 公司（模擬器件公司）的Paul Brokaw 基于雙極工藝、采用薄膜電阻設(shè)計制造了第一塊單片集成電路 ADC 產(chǎn)品 AD571，轉(zhuǎn)換精度為 10位、采樣速率為 25kSPS、功耗為 180mW。隨著工藝進入亞微米、深亞微米時代，ADC 采樣速率進入百 MSPS，結(jié)構(gòu)上多采用流水線型，如 2001 年前后 ADI公司采用0.35μmCMOS 工藝研制的 AD9235產(chǎn)品，分辨率為 12 位，采樣速率為65MSPS，功耗為 300mW。LT公司2009年前后用0.35μm CMOS 工藝研制LTC2204、LTC2207、LTC2208、LTC2209 系列產(chǎn)品，采樣率最高為 160MSPS,分辨率為16位，功耗為 1.45W。

ADC 技術(shù)在2012 年后發(fā)展速度加快，出現(xiàn)眾多高性能 ADC 產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的特點是采用先進 CMOS 工藝，采樣速率成倍上升，單位采樣功耗成倍下降。例如，ADI公司的 AD9625 型 12 位2.5GSPS ADC 和 AD9680 型 14 位 1.25GSPSADC，以及美國德州儀器公司（TI）的 ADC54J60 型 16位 1GSPS ADC，均采用65nm CMOS 工藝，在不增加功耗的情況下，速度較之前的產(chǎn)品有5倍以上的提升。2016年文獻報道的美國博通公司 ADC IP ( Intellectual Property)功耗顯著低于單芯片形態(tài)的 ADC。ADI 公司在 2017 年的國際固態(tài)電路會議 (ISSCC)上發(fā)布了12 位 10GSPS ADC， 由此中等精度 ADC 進入10GSPS 時代，為下一代高速移動通信提供了器件支撐。

ADC 技術(shù)朝著高精度、高轉(zhuǎn)換速率、低功耗、單電源、低電壓等方向發(fā)展，主要措施是采用先進的 CMOS 工藝、時間交織采樣和越來越多的數(shù)字輔助校正技術(shù)來提升性能。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，低功耗、高采樣速率的 ADC IP 將越來越多。目前 ADC 產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表、通信、汽車電子、航空航天、醫(yī)療電子、消費電子等領(lǐng)域。

審核編輯：湯梓紅