深入解析：模擬前端模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的三種類型

模擬前端中三種最常見(jiàn)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器類型為逐次近似型(a)、管線型(b)和△-Σ型(c)。

以下這些框圖極其簡(jiǎn)單地描述了這些不同的架構(gòu)概念。

a.在逐次近似模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，模擬輸入電壓通過(guò)采樣保持技術(shù)得以“定格”。然后，N位寄存器被設(shè)置成中幅模式：寄存器的最高位被設(shè)置為1，使得數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出可達(dá)到中階值。

如輸入電壓高于數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出電壓，比較器輸出為真且最高位仍為1。但如果輸入電壓低于數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出電壓，寄存器的最高位將變?yōu)檫壿?。

轉(zhuǎn)換器控制邏輯將轉(zhuǎn)到下一個(gè)位，促使該位增高并執(zhí)行另一個(gè)比較，直至到達(dá)最低位。當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí)，N位數(shù)字將會(huì)出現(xiàn)在寄存器中。請(qǐng)參閱相關(guān)插圖

圖1

b. 在管線型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，每個(gè)平行階段進(jìn)行一位逐次采樣或同時(shí)進(jìn)行多位逐次采樣。模擬輸入適用于采樣保持，一階模/數(shù)轉(zhuǎn)換器使其轉(zhuǎn)換成3位。然后輸入一個(gè)小型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，從采樣保持輸出值中產(chǎn)生模擬輸出。“殘留信號(hào)”被放大，然后輸入下一階，如此繼續(xù)。移位寄存器及時(shí)調(diào)整各階位值并將組合采樣傳遞給糾錯(cuò)邏輯器。請(qǐng)參閱相關(guān)插圖

圖2

c.△-Σ轉(zhuǎn)換器不是簡(jiǎn)單地直接進(jìn)行時(shí)域分析，更多情況下用于頻域分析。(www.intersil.com/data/an/an9504.pdf中的Intersil Applications Note 9504介紹了一種詳細(xì)的數(shù)學(xué)分析法。)可以說(shuō)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行粗略超采樣(采樣目標(biāo)遠(yuǎn)高于Nyquist值，以便獲得最大關(guān)注輸入頻帶)可排除混淆現(xiàn)象。更重要的是，它將量化雜訊(將連續(xù)輸入信號(hào)變成一連串非連續(xù)信號(hào)所產(chǎn)生的分辨誤差)的頻率成分以更大的帶寬進(jìn)行傳播。這樣就降低了量化雜訊的平均級(jí)別并提高大部分雜訊的頻率。多數(shù)雜訊可通過(guò)急速減弱數(shù)字濾波器的關(guān)注頻帶進(jìn)行消除。請(qǐng)參閱相關(guān)插圖

圖3