第二章系统结构设计 第二章 系统结构设计 2.1模数转换器的回顾 A/D转换器的雏形最早是伴随着PCM(pulse code modulation)技术在电话中 的使用出现在上个世纪30年代的。然而，直到上个世纪50年代，随着数字计算 机和各种航空器及导弹数据处理系统的出现，AD转换器才获得了进一步的发 展。近20年，由于深亚微米集成技术的日趋成熟，促使AD转换器发生了从分 立实现到单片集成的革命。早期用分立元件实现的AD转换器，不仅成本高、 而且体积和功耗也大的惊人。单片集成AD转换器的各方面性能都远远超过了 它的前辈，随着数字技术的发展，模数转换器主要的应用领域不断拓宽，广泛应 用于多媒体、通讯、自动化、仪器仪表等领域，同时模数转换器也有了长足的进 步和发展。现在人们对转换器性能的要求越来越高，其技术难度越来越大，但是 对模数转换技术的研究开发更加活跃，不断将产品向更高性能推进。新型的模数 转换器正朝着结构不断简化、低功耗、高速、高分辨率的方向发展，同时还要考 虑体积、便捷、多功能、与计算机及通信网络的兼容性。 2.2高速模数转换器的的介绍 在AD转换器的发展过程中，出现了许多种体系结构。不同的结构侧重于 不同的需求，有的侧重于高精度，有的侧重于高速度，有的侧重于低功耗，有的 侧重于低硬件消耗。在当今各种AD转换器中，按基本的转换原理划分，可分 为奈奎斯特Nyquist)A/D转换器和过采样(Oversampling)A/D转换器。 对于奈奎斯通AD转换器，其主要特征是：每一个被采样的模拟信号都被 转换为唯一与之相对应的数字信号，即采样速率和转换速率相同。而过采样型是 一类通过提高过采样比（采样速率与转换速率的比值）来达到高动态范围的AD 转换器。在目前所有的AD转换器中，过采样型是精度最高的，但由这类转换 器从本质上是通过牺牲速度来换取高动态范围的，所以它的转换速率较低（一般 小于10MSs),这种转换器广泛用于音频处理、图像处理等低速、高动态范围 领域。目前，大多数的高速A/D转换器都属于Nyquist型，其中包括快闪型、两 步快闪型、主从型、折叠插值型、积分型和流水线型等。 表2.1是简单概括和比较了上述各种模数转换器结构和性能特点，同时明显 的体现了模数转换器在速度、精度、功耗这三个方面是重要的约束条件，他们之 间并非相互独立，而是存在相互联系、相互制约的辩证关系。任何一个体系结构 的模数转换换器都无法使上述三个约束条件同时达到最优，而只能在它们之间折 5第二章 系统结构设计 第二章 系统结构设计 2.1 模数转换器的回顾 A/D 转换器的雏形最早是伴随着 PCM(pulse code modulation)技术在电话中 的使用出现在上个世纪 30 年代的。然而，直到上个世纪 50 年代，随着数字计算 机和各种航空器及导弹数据处理系统的出现， A/D 转换器才获得了进一步的发 展。近 20 年，由于深亚微米集成技术的日趋成熟，促使 A/D 转换器发生了从分 立实现到单片集成的革命。早期用分立元件实现的 A/D 转换器，不仅成本高、 而且体积和功耗也大的惊人。单片集成 A/D 转换器的各方面性能都远远超过了 它的前辈，随着数字技术的发展，模数转换器主要的应用领域不断拓宽，广泛应 用于多媒体、通讯、自动化、仪器仪表等领域，同时模数转换器也有了长足的进 步和发展。现在人们对转换器性能的要求越来越高,其技术难度越来越大，但是 对模数转换技术的研究开发更加活跃，不断将产品向更高性能推进。新型的模数 转换器正朝着结构不断简化、低功耗、高速、高分辨率的方向发展，同时还要考 虑体积、便捷、多功能、与计算机及通信网络的兼容性。 2.2 高速模数转换器的的介绍 在 A/D 转换器的发展过程中，出现了许多种体系结构。不同的结构侧重于 不同的需求，有的侧重于高精度，有的侧重于高速度，有的侧重于低功耗，有的 侧重于低硬件消耗。在当今各种 A/D 转换器中，按基本的转换原理划分，可分 为奈奎斯特(Nyquist) A/D 转换器和过采样(Oversampling)A/D 转换器。 对于奈奎斯通 A/D 转换器，其主要特征是：每一个被采样的模拟信号都被 转换为唯一与之相对应的数字信号，即采样速率和转换速率相同。而过采样型是 一类通过提高过采样比（采样速率与转换速率的比值）来达到高动态范围的 A/D 转换器。在目前所有的 A/D 转换器中，过采样型是精度最高的，但由这类转换 器从本质上是通过牺牲速度来换取高动态范围的，所以它的转换速率较低（一般 小于 10MS/s），这种转换器广泛用于音频处理、图像处理等低速、高动态范围 领域。目前，大多数的高速 A/D 转换器都属于 Nyquist 型，其中包括快闪型、两 步快闪型、主从型、折叠插值型、积分型和流水线型等。 表2. 1是简单概括和比较了上述各种模数转换器结构和性能特点，同时明显 的体现了模数转换器在速度、精度、功耗这三个方面是重要的约束条件,他们之 间并非相互独立,而是存在相互联系、相互制约的辩证关系。任何一个体系结构 的模数转换换器都无法使上述三个约束条件同时达到最优，而只能在它们之间折 5