基于MATLAB的1.5位/級10位流水線結構模數(shù)轉換器系統(tǒng)仿真(圖)

　　隨著電子技術的發(fā)展，仿真在電子電路系統(tǒng)中的應用越來越受到人們的普遍關注。目前，可用于電子電路系統(tǒng)的仿真計算的軟件很多，比較常見的有pspice、matlab等。pspice非常適合在電路仿真中應用，它有豐富的電路元件庫。而matlab則是一個用于系統(tǒng)仿真的理想軟件。matlab是一種面向科學與工程計算的高級語言，simulink是其提供的一個圖形化仿真環(huán)境，同時也是一個集建模、仿真和分析于一體的工具箱，利用simulink可以方便地對用傳輸函數(shù)、微分方程和狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)進行建模和仿真。

　　目前，數(shù)字信號處理技術在許多通信系統(tǒng)的信息傳輸中得到了越來越廣泛的應用，而在要處理的模擬信號與數(shù)字信號處理系統(tǒng)之間需要一個模數(shù)轉換界面，把模擬信號轉換成數(shù)字信號，以供數(shù)字信號處理系統(tǒng)進行信號處理。流水線結構模數(shù)轉換器憑借其高速度、高精度得到了廣泛的應用。本文以1.5位/級10位流水線模數(shù)轉換器系統(tǒng)為仿真對象，對其性能進行了仿真。

1.5位/級10位流水線模數(shù)轉換器結構分析
　　1.5位/級10位流水線模數(shù)轉換器采用了圖1所示的結構，共九級實現(xiàn)10位數(shù)字輸出。每級流水線包括子模數(shù)轉換器（adc）、子數(shù)模轉換器（dac）、減法電路和增益電路。輸入的模擬信號經采樣保持（s/h）后送到第一級，每級子adc產生兩位數(shù)字輸出，同時保持的輸入信號減去由子dac變換輸出的模擬量，余量被殘差放大器放大2倍后送入下一級。其中前八級，采用相同的1.5位/級，第九級則是一個標準的2位flash adc。由九級產生的18位數(shù)字量送到數(shù)字校正電路，產生10位數(shù)字輸出。

　　這種流水線結構的每級應用框圖如圖2所示。為了簡單一些，圖中只畫了單邊結構，實際應用中是采用全差分結構。這里采用了開關電容電路，在兩相不交疊時鐘下工作。在第一相時鐘其間，輸入信號vin被加到子adc上，子adc有兩個比較電壓，vref/4，-vref/4。輸入信號的變化范圍是從-vref到+vref（差分結構）。同時，輸入信號vin也被加到采樣電容cs和cf上。在第一相時鐘結束時，vin通過cs和cf被采樣，并且子adc的輸出被鎖存。在第二相時鐘時，cf另一端接到運放的輸出端，形成負反饋。而cs的另一端則接到dac的輸出端。通過這個結構在vo端將產生殘差輸出。子adc的輸出通過一個模擬多路器來選擇dac的輸出電壓vdac。1.5位/級流水線模數(shù)轉換器的每級傳輸函數(shù)如下。

1.5位/級10位流水線模數(shù)轉換器的仿真模型
　　本文建立的10位流水線模數(shù)轉換器是由九級級聯(lián)而成的，前8級采用了相同的結構。下面給出了前8級每級的模型以及第九級的模型，如圖3所示。
　　　　　　　　　　　　　　　
　　圖(a)中子adc模塊是對采樣以后的模擬信號與參考電壓進行比較輸出兩位的數(shù)字量，同時這兩位的數(shù)字量經譯碼器譯碼后送到子dac，作為子dac進行數(shù)模轉換的依據(jù)。子dac模塊主要是根據(jù)子adc提供的數(shù)字量進行模數(shù)轉換，輸出一個模擬量送到加法器。圖(b)是一個標準的2位flash結構的模數(shù)轉換器，其原理及實現(xiàn)的功能跟上述子adc基本相同。

1.5位/級10位流水線模數(shù)轉換器系統(tǒng)的仿真
　　圖4是1.5位/級10位流水線模數(shù)轉換器的九級系統(tǒng)模型，其中上面的前8個框圖結構與圖3中的圖(a)相同，第九個框圖與圖(b)相同。圖中的下半部分為數(shù)字校正電路，因為有了這部分數(shù)字校正電路，使模數(shù)轉換器對子adc中比較器的要求大大降低，其誤差可以達到