高速ADC

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隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，大大促進(jìn)了ADC技術(shù)的發(fā)展，ADC作為模擬量與數(shù)據(jù)量接口的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，在信息技術(shù)中起著重要作用。

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高速ADC簡介

　　隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，大大促進(jìn)了ADC技術(shù)的發(fā)展，ADC作為模擬量與數(shù)據(jù)量接口的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，在信息技術(shù)中起著重要作用。ADC同計算機(jī)一樣，經(jīng)歷了低速到高速的發(fā)展過程。ADC的低速（轉(zhuǎn)換時間大于300uS ）結(jié)構(gòu)有積分型、斜坡型、跟蹤型;ADC的中速（轉(zhuǎn)換時間在1uS-300uS ）結(jié)構(gòu)有逐次逼近型;ADC的高速（轉(zhuǎn)換時間小于于1uS）結(jié)構(gòu)有閃爍型、分區(qū)式以及高分辨率結(jié)構(gòu)的∑-△型。這些不同的結(jié)構(gòu)滿足了實際應(yīng)用的廣泛性和多樣性的需求，其中高速ADC已成為決定諸如雷達(dá)、通信、電子對抗、航天航空、導(dǎo)彈、測控、地展、醫(yī)療、儀器儀表、圖象、高性能控制器及數(shù)字通信系統(tǒng)等現(xiàn)代化電子設(shè)備性能的重要環(huán)節(jié)。

高速ADC百科

　　基本原理：

　　目前的高速ADC主要采用了以下兩種結(jié)構(gòu)形式。一種是全并行結(jié)構(gòu)，也叫Flash結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的ADC至少有2“-1個比較器，例如，一個八位ADC就至少有255個比較器。當(dāng)ADC分辨率增加時，不僅電路體積龐大，而且功耗猛增，也易出現(xiàn)“火花碼’，，因而一般用于分辨率較低的ADC，如六位、八位ADC.另一種結(jié) 構(gòu)形式稱為分區(qū)式結(jié)構(gòu)或折疊式結(jié)構(gòu)，如兩步法、多步法。其電路結(jié)構(gòu)主要包含了S/H（或T/H）放大器、Flash A/D轉(zhuǎn)換器、時標(biāo)電路及數(shù)字誤差校正電路等。分區(qū)式結(jié)構(gòu)ADC克服了純Flash結(jié)構(gòu)ADC隨著分辨率增加，電路體積龐大、功耗猛增的缺點但又帶來另一個問題，即差分放大器和其中與第二次轉(zhuǎn)換處理輸入電壓有關(guān)的電路引入的誤差，這些誤差將超過轉(zhuǎn)換器允許的誤差，因此必須引入數(shù)字誤差校正。

　　 image:bk070533-1.jpg

　　當(dāng)前又有一種叫作“流水線”的結(jié)構(gòu)，它也是基于Flash結(jié)構(gòu)的多步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)（分區(qū)式），它是SAR和Flash兩種相結(jié)合的一種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)實際上是犧牲ADC的速度來換取精度，因此適于較高精度的高速ADC.

　　怎樣挑選一個高速ADC

　　高速ADC的性能特性對整個信號處理鏈路的設(shè)計影響巨大。系統(tǒng)設(shè)計師在考慮ADC對基帶影響的同時，還必須考慮對射頻（RF）和數(shù)字電路系統(tǒng)的影響。由于ADC位于模擬和數(shù)字區(qū)域之間，評價和選擇的責(zé)任常常落在系統(tǒng)設(shè)計師身上，而系統(tǒng)設(shè)計師并不都是ADC專家。

　　還有一些重要因素用戶在最初選擇高性能ADC時常常忽視。他們可能要等到最初設(shè)計樣機(jī)將要完成時才能知道所有系統(tǒng)級結(jié)果，而此時已不太可能再選擇另外的ADC。

　　影響很多無線通信系統(tǒng)的重要因素之一就是低輸入信號電平時的失真度。大多數(shù)無線傳輸?shù)竭_(dá)ADC的信號電平遠(yuǎn)低于滿標(biāo)度輸入范圍。為確保多路傳輸信號的功率同時匯集到ADC輸入時不發(fā)生壓縮，信號鏈路的前端增益被設(shè)計成稍微低于ADC的滿標(biāo)度范圍。然而，幾乎所有高速ADC都保證其SFDR性能在輸入電平從滿標(biāo)度的 -1dB。此外，大多數(shù)數(shù)據(jù)表都有寬輸入幅度范圍內(nèi)典型的SFDR圖。用戶應(yīng)該仔細(xì)觀察該曲線，核實運行是否穩(wěn)定和是否可預(yù)知。低輸入幅度上存在任何大步進(jìn)或鋸齒特性都表明ADC轉(zhuǎn)移函數(shù)中的系統(tǒng)非線性。由于轉(zhuǎn)移函數(shù)線性度和低輸入電平失真密切相關(guān)，對最大積分非線性（INL）有嚴(yán)格保證的ADC在低輸入幅度上一般會有更穩(wěn)定的失真性能。

　　選擇對INL、差分非線性（DNL）、SNR和SFDR等所有關(guān)鍵性能規(guī)格具保證最小或最大值限制的ADC是非常重要。這些規(guī)格在應(yīng)用的整個工作溫度范圍內(nèi)應(yīng)該得到保證。用戶特別需要留意這些關(guān)鍵參數(shù)是否僅在小溫度范圍內(nèi)或室溫下才能保證。高速ADC內(nèi)部的精確運算放大器和快速比較器如果設(shè)計得不夠堅固，它們在溫度變化時可能會發(fā)生很大的變化。選擇沒有寬溫度范圍內(nèi)保證限制的ADC會給設(shè)計帶來不必要的風(fēng)險。

　　解決方案的尺寸要求也很關(guān)鍵，因為都市基站設(shè)計的PCB面積非常有限。由于使用QFN等小型扁平IC封裝縮減小了ADC本身的面積，總體解決方案面積實際上可能大得多。仔細(xì)察看所推薦的電路會發(fā)現(xiàn)很多高速ADC都需要大量電容值很大的電容器（如10μF），這些電容器比ADC占用的PCB面積大得多。由于存在封裝連接線寄生電感，很多高速ADC需要此類大外部電容器旁路電源和內(nèi)部基準(zhǔn)電路系統(tǒng)。要在最終產(chǎn)品中實現(xiàn)小體積，就要求ADC不僅采用小型封裝，而且還要使這些大的外部旁路電容器尺寸和數(shù)量最小化。

　　技術(shù)趨勢

　　除了新穎的電路設(shè)計技術(shù)，工藝的進(jìn)步在低功率高速ADC的開發(fā)中同樣重要。特別值得一提的是，由于數(shù)字技術(shù)最初的驅(qū)使，硅技術(shù)工藝不斷調(diào)整，采用CMOS工藝制造的ADC也因此受益匪淺。

　　就模擬電路設(shè)計而言，CMOS工藝調(diào)整的關(guān)鍵優(yōu)勢在于更低的功率和更高的速度運作。與僅消耗動態(tài)功率的傳統(tǒng)數(shù)字CMOS電路不同，ADC消耗的大部分功率都是靜態(tài)電流用來偏置放大器和比較器等模擬電路引起的。對給定的模擬偏置電流，更短的通道長度（L）工藝為晶體管提供更高的跨導(dǎo)（gm），這是器件性能的一個關(guān)鍵衡量指標(biāo)。更小的晶體管尺寸也使器件的寄生電容更小。在高速ADC的每一種流水線級上，精確運算放大器等關(guān)鍵電路的模擬穩(wěn)定速度極大程度上由晶體管gm決定。因此，在給定總偏置電流情況下，縮短L會使工作速度更快。另一個好處是，電源電壓通常隨著L縮短而降低，因此即使模擬偏置電流保持不變，總體功耗也會降低。通過工藝精細(xì)程度的調(diào)整，ADC設(shè)計師可以靈活地在給定功率級別上提高速度或在給定速度時降低功率。

　　然而，模擬電路的工藝調(diào)整存在一個嚴(yán)重的缺點。由于降低了電源電壓，ADC的滿標(biāo)度輸入范圍也必須降低，以便為運算放大器等模擬電路系統(tǒng)提供足夠的電壓空間。更小的輸入范圍導(dǎo)致更低的信號功率，SNR會隨著工藝調(diào)整而下降。低功率、高性能設(shè)計方案的挑戰(zhàn)還在于降低ADC產(chǎn)生的噪聲，以保持足夠的信噪比。

　　凌力爾特低功率高性能ADC介紹

　　很明顯，低功率、高性能是市場上用戶的主要要求。為滿足市場需求，凌特公司新近推出了幾個高速ADC系列。

　　LTC2224/2222/2223是引腳兼容的3.3V 12位135/105/80Msps ADC，并為欠采樣而優(yōu)化。LTC2224系列在輸入頻率高達(dá)140MHz時具有超過67.5dB的SNR和80dB的SFDR，而在135Msps時僅消耗630mW功率。該高度優(yōu)化的跟蹤與保持設(shè)計對高達(dá)400MHz的輸入頻率持續(xù)保持超過65dB的SNR和75dB的SFDR，在低功率時具有極佳的欠采樣性能。圖2概括了LTC2224的高頻性能。即使是那些消耗功率高得多的器件也極少在高輸入頻率時具有如此的欠采樣性能。如圖3所示，就12位ADC而言，該ADC轉(zhuǎn)移函數(shù)的線性度也很高，可與很多14位器件媲美。如同干凈的轉(zhuǎn)移函數(shù)預(yù)料，小輸入幅度時的失真性能也相當(dāng)穩(wěn)定。LTC2224系列非常適合要求低功率和卓越欠采樣性能的WCDMA PA線性化應(yīng)用。

　　圖2

　　國產(chǎn)高速ADC/DAC怎么樣

　　求教國內(nèi)現(xiàn)在有量產(chǎn)的高速ADC（500Msps以上）和DAC（1Gsps以上）嗎？沒有量產(chǎn)的話哪幾家研究所或科研機(jī)構(gòu)有能力流片？

　　查到昆騰微電子和瑞豐電子有量產(chǎn)，但貌似是翻版的。有微電子所得同學(xué)了解情況嗎？

　　看你用什么工藝，SiGe BiCMOS比較容易達(dá)到，國外量產(chǎn)的如ADI、TI的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片上Gs/s的基本就是用該工藝。學(xué)術(shù)研究除外（學(xué)術(shù)上可以做到40Gs/s了）

　　另外AD/DA指標(biāo)不是Foundry定的，看你用什么架構(gòu)，可以做多高。

　　如果是自己設(shè)計的話，能做的地方挺多的，如smic、tmsc等，可以去官網(wǎng)查一下提供的工藝。

　　如果是找別人設(shè)計的話，或者做研究，研究所如無錫的58所、石家莊的13所、微電子所、重慶的24所等等都可以。

　　最后，不量產(chǎn)就走M(jìn)PW，比較便宜。

　　總之，這些都要自己去聯(lián)系，官網(wǎng)會給出代理商或所內(nèi)的聯(lián)系方式。

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