模数转换技术研究现状

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对于数据采集系统，模数转换器(ADC)是其重要组成部件，基本决定了系统的速度与精度。上世纪70年代初，对于模数转换技术，采用两极工艺的模拟部分与采用MOS工艺数字部分，不能做在同一个芯片上。因此，只能采用多芯片组合的方式来实现A/D转换，成本很高。1975年，出现了最早的单片A/D转换器，该A/D转换器采用NMOS工艺，是一款10位逐次逼近型A/D转换器。1976年，出现了CMOS积分型单片A/D转换器，该转换器有效分辨率可达11位。在此时的单片集成A/D转换器中，芯片的主要部分是数字电路部分，模拟部分只起到次要作用。并且，此时的MOS工艺还存在许多不足。随着CMOS工艺的不断发展，采用CMOS工艺制作的单片A/D转换器已经逐渐成为A/D转换器的主流产品[14]。这种A/D转换器的显著特点是成本低，而且功耗小。上世纪90年代，便携式电子产品得到了较大发展，随着其应用越来越普遍，对A/D转换器也提出了新的要求，低功耗成为A/D转换器重要的指标。目前的A/D转换器功耗已经可以降到μW级。随着技术的发展，A/D转换器的转换精度与速度也在不断提高。目前，某些A/D转换器的转换速度可达到数百MSPS，分辨率已经能达到24位。63541

现在常用ADC主要有如下几种：

(1)逐次逼近型ADC

逐次逼近型ADC通过对输入电压信号与已知电压的不断比较，将模拟量转换成二进制数的数字量。这种ADC的转换速率高，功耗相对于其它ADC更低，可达到的分辨率较高。但是这种ADC从传感器产生的输出信号在进行模数转换之前通常需进行模拟信号调理，包括增益级和滤波，这样会明显提高成本。论文网

(2)积分型ADC

积分型ADC的特点是在积分周期内使干扰的正、负周期相互抵消，因此，这类ADC具有精度高、电路简单、对于器件精度要求低、易于集成、成本低、噪声小、温漂小等优点[15]。缺点是转换速率低，适用于低速、精密测量领域。

(3)∑-Δ型ADC

过采样Σ-△模数转换技术是近十几年发展起来的一种模数转换方式，过采样Σ-△模数转换器是由Σ-△调制器和数字滤波器构成的。利用积分和反馈电路，调制器可以把大部分量化噪声移出基带，这使得过采样Σ-△ADC获得极高的精度，某些ADC精度可达24位以上。但相比于逐次逼近型ADC功耗高，高速转换时，需要高阶调制器，不适合处理高频信号。