用于軟件無線電12 b高精度 A/D轉換器設計
本文設計的用于軟件無線電臺12 b A/D轉換器中的高精度,高速運算放大器,采用了增益提高電路,在不影響頻率響應的同時,得到普通運放所達不到的高增益。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/154768.htm1 高精度,高速度模數(shù)轉換器對運算放大器指標的要求
為了達到12 b的A/D,第一級轉換器出來的信號誤差必須要小于后級所能辨認的最小精度,比如本文需要設計第一級的運算放大器,他后面一級的最小分辨力是10 b,那么,所設計的這個放大器的誤差系數(shù)。
本文設計的運算放大器,用在12 b模數(shù)轉換器中,模數(shù)轉換器采用流水線結構,每一級的比特數(shù)為2.5 b,電路的方框圖如圖1所示。
圖1中放大器接成負反饋形式,CS是輸入采樣電容,Cf是環(huán)路反饋電容,在2.5 b每級的應用中,CS=3Cf,閉環(huán)增益是4倍,這種2.5 b每級的結構,比傳統(tǒng)的1.5 b每級的結構,放大器的數(shù)目減少了一半,可是由于閉環(huán)放大倍數(shù)變大了1倍,所以,反饋因子減小到一半,可以算出,運放的反饋因子大約為:
上式中的β為反饋系數(shù),Copamp是運算放大器的反饋電容。
運算放大器可能會導致靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差,靜態(tài)誤差是由于運放的直流增益不可能為無窮大而導致的,而動態(tài)增益是由于運放的響應速度不可能為無窮快而導致的,經(jīng)過分析,可以得到靜態(tài)誤差的方程,表示為直流增益ADC和反饋系數(shù)的函數(shù),如下:
為了分析所設計的運算放大器的速度要求,需要把所能容忍的誤差系數(shù)和電路的建立時間(Settling Time)聯(lián)系起來,為了便于分析,我們先分析環(huán)路中只有一個主極點的情況,利用一階響應三要素法,因為需要設計的模數(shù)轉換器的工作頻率是100 MHz,所以放大器的建立時間tsettle要小于4.5 ns,立即可以得到放大器的單位增益帶寬為:
利用式(2),式(3),可以得到滿足12 b A/D轉換器要求的指標,如表1所示。
2 電壓增益模型
基本的增益提升技術應用于Telescopic放大器的電路如圖2所示,圖中的MN1,MN2,MP1和MP2組成了基本的Telescopic放大器,但是若不采取其他措施,在0.13 μm工藝的條件下,電壓增益通常只能到60 dB,而從前面的分析來看,這樣的增益是不夠的。
圖中的OPp和OPn是兩個增益提高電路,有了這兩個輔助的放大器之后,輸出電阻可以表示成為:
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