ADC緩衝型,非緩衝型

2021-07-24 23:01:44 字數 1225 閱讀 2265

有緩衝」或「無緩衝

考慮輸入阻抗的影響時,設計人員一般可以在兩類高速adc之間選擇:有緩衝和無緩衝(即採用開關電容)。雖然有許多不同的轉換器拓撲結構可供選擇,但本文討論的應用僅涉及流水線架構。

常用的cmos開關電容adc無內部輸入緩衝器。因此,其功耗遠低於緩衝型adc。外部前端直接連線到adc的內部開關電容取樣保持(sha)電路,這帶來兩個問題。

第一,當adc在取樣與保持兩種模式之間切換時,其輸入阻抗會隨頻率和模式而變化。第二,來自內部取樣電容和網路的電荷注入會將少量訊號(與高頻成分混合,如圖1所示)反射回前端電路和輸入訊號,這可能導致與轉換器模擬輸入端相連的元件(有源或無源)發生建立(settling)錯誤。

圖1:此圖反映了內部取樣電容的時域電荷注入(單端)與頻域電荷注入的對比關係。

通常,當頻率較低時(《100mhz),這類轉換器的輸入阻抗非常高(數千ω左右);當頻率高於200mhz時,差分輸入阻抗跌落至大約200ω。輸入阻抗的虛部(即容性部分)也是如此,低頻時的容抗相當高,高頻時逐漸變小到大約1-2pf。「匹配」這種輸入結構是個極具挑戰性的設計問題,特別是當頻率高於100mhz時。

輸入端採用差分結構很重要,尤其是對於頻域設計。差分前端設計能夠更好地對電荷注入進行共模抑制,並且有助於設計。

採用帶輸入緩衝的轉換器更便於設計。但不利的一面是這類轉換器的功耗更高,因為緩衝器必須設計得具有高線性和低雜訊特性。輸入阻抗通常規定為固定的差分r||c阻抗。它由乙個電晶體級進行緩衝,該級以低阻抗驅動轉換過程,因此顯著減小了電荷注入尖峰和開關瞬變。

與開關電容型adc不同,輸入終端在轉換過程的取樣和保持階段幾乎無變化。因此,相比於無緩衝型adc,其驅動電路的設計容易得多。圖2為緩衝型和無緩衝型adc的內部取樣保持電路的結構簡圖。

圖2: 所示是無緩衝(a)和有緩衝(b)高速流水線adc取樣和保持電路的比較。

轉換器的選擇可能很難,但如今的大部分設計都力求更低功耗,因此設計人員往往採用無緩衝型轉換器。如果線性指標比功耗更重要,則通常選用緩衝型轉換器。應當注意,無論選擇何種轉換器,應用的頻率越高,則前端設計就越困難。單靠選擇緩衝型轉換器並不能解決所有問題。不過在某些情況下,它可能會降低設計複雜性。

非緩衝型功耗低,底噪好

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