ADC参考电压电路进行版图设计 第3页
3.2模数转换器的种类在A/D转换器的发展过程中，出现了许多中体系结构。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Oveisampling) A/D转换器。本文来自辣~文'论^文·网
对于分为奈奎斯特(Nyquist ) 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分为A/D转换器。在目前所有的A/D转换器中，过采样是精度最高的，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转换都属于Nyquist型，其中包括快闪型，两步型，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个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，功耗这三方面是重要的约束条件，他们之间并相互独立，而是存在相互联系，相互制约的辨证关系。任何一个体系结构的模数转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中。
表2.1
结构 速度 精度 功耗 典型应用
全并行
内插式 快
快 低
低 高
较高 通信，雷达，高速数据读取
两步式
折叠式
流水线 较快 中等 中等 数据通信，视频等
逐次比较型
算法型
积分型 中等 较高 较低 音频，自动控制，仪表等
过采样型 较慢 高 中 音频，通信等
可见，在数据转换速率较高的场合（几十MHZ以上）可以采用全并行，内插型，两步型，折叠式，流水线等模数转换器结构。结合高速高精度的设计要求，流水线式模数转换器在几个约束条件之间折中，而且功耗相对较低，因此是关注的重点。毕业论文
http://www.751com.cn3.2.1全并行结构模数转换器
全并行结构的模数转换器最早出现于1969年，这种转换器的特点是结构十分简单，而且速度非常快，缺点是分辨率不高，一般在10比特以下，因此在目前的情况下，这种结构主要应用于高速，中等分辨率领域。
基本的全并行模数转换器通常是 -1个并行比较器，参考电压和二进制译码电路组成的。基准间隔为 / (即LSB)。如图2.1所示该电路采用并行比较方式，模拟输入信号送入每个比较器，并于电阻分压网络提供的参考电压分别进行比较，然后把比较结果输入优先编码的译码器进行编码，并最终输出N位二进制代码。这种结构的模数转换器实现一次变化只需要比较一次，所以其变换速度非常快，但是其缺点也是十分明显的，那就是需要的比较器的个数将随着转换器的位数n的增加而指数增加的。对于一个10比特全并行结构的模数转换器，需要1023个比较器，这将消耗相当可观的功耗，占有的芯片面积和输入电容也与分辨率成指数关系；其次如此多的比较器都要靠一个采样保持电路驱动，相当于采样保持电路带了一个非常大的电容，这将使其建立时间显著增加，从而使A/D转换器的速度变慢；第三，每一个比较器的失调误差和电阻之间的匹配误差都将在A/D转换器中引入非线形误差，因此必须控制在1/2 LSB之内，对于一个10比特精度的A/D转换器来说，要将误差控制在范围内是相当困难的，因此，比较器的输入失调限制了全并行模数转换器所能达到的分辨率。为了提高它的分辨率，可以采取一些补偿措施，如采用自校零技术等。但是分辨率的提高是以速度的降低为代价的。所以，在CMOS工艺中，这种结构主要用来设计高速，中低分辨率的ADC。
图2.13.2.2两步式模数转换器
为了提高分辨率，并能保持较高的转换速率，在全并行模数转换结构的基础上，两步式结构模数转换器被提出，它的体系结构如图2.2所示，这种A/D转换器由一个采样/保持放大器（SHA）,两级位数相同的全并行模数转换器（分别用于高位和低位量化），一个D/A转换器和一个减法器构成。全并行结构只需一步就得到完整的一组数据，而它一共需要两步才能产生一组数据。
图2.2在第一步，采样/保持电路输入信号，在保持阶段，第一个模数转换器对信号进行量化，产生高位的数据(MSB),然后一个D/A转换器把这个数据变回模拟信号，并与输入的模拟信号相减。第二步，减出的余量送入第二级模数转换器中量化，并产生低位的数据（LSB）。最终输出的数据由高位数据和低位数据组成，由于低位数据的产生要经过两次A/D变换，因此两步式结构的转换时间要比全并行的结构长一些，但是仍然是非常快的。然而，由于两步快闪需要的比较器远远少于同样位数的全快闪结构，因此大大地节省了功耗和芯片面积（例如，同样是10位分辨率，全快闪需要1023个比较器，而两步快闪由于每一个的比较位数都是5位，所以仅需要31+31=62个）。本文来自辣~文'论^文·网
两步式模数转换器的主要优点是减少了比较器的数目，因此它消耗的功耗，占有的芯片面积和输入电容都比全并行的模数转换器小。不过，由于两次子模数转换都需要在采样保持电路的保持周期进行，因此需要三个时钟周期完成一次转换，整体转换周期长，转换速率不高：信号在通信中增益，第二级比较器精度要求较高，不利于设计设计。两步快闪结构经常被用于8位以上分辨率的高速应用中。
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