资 源 简 介
数转换器（ADC）将模拟世界连接到数字世界，因此是连接到现实世界的任何电子系统的基本部件。它们也是决定系统性能的关键因素。本系列文章探讨ADC的基础知识、各种ADC类型及其应用。第1部分讨论了SARADC；第2部分讨论了三角积分（ΔƩ）转换器；本文为第3部分，将讨论流水线ADC的特性、特征和用法。第4部分将说明三角积分ADC如何生成超低噪声结果。ADC服务的一些应用包括超高速多载波蜂窝基础设施基站、电信、数字预校正观测和回程接收器等——所有这些应用逐渐都要求ADC在每秒千兆次采样区间内进行采样。该模拟基础知识系列的第1部分和第2部分分别讨论了逐次逼近寄存器（SAR）和三角积分（ΔƩ）ADC，以及如何在相应应用中使用这些ADC。不过，这两种技术都无法应对生成每秒千兆次采样（GSPS）结果的挑战。例如，SARADC使用“快照”算法，由于采用串行方法，因此速度限制为不超过每秒10兆次采样（MSPS）。当使用高分辨率ΔƩADC的过采样算法时，将需要额外的时间来采集多个样本并求平均，从而生成最高5兆赫兹（MHz）的24位输出数据速率。GSPS速率远远超出了SARADC和ΔƩADC的采样频率范围。流水线ADC就是应对这一超高速ADC挑战的解决方案，能够在处理多个采样的同时，仍以GSPS的速度将数据发送至其输出端。本文先简要比较ΔƩ、SAR和流水线ADC，接着讨论与实现高速转换器输出相关的问题，以及为什么流水线ADC是这类高速应用的理想替代品。然后介绍TexasInstruments的两款流水线ADC，其中一款强调精度，另一款则强调高速度，最后介绍如何开始使用这些ADC。什么是流水线ADC？流水线ADC由多个连续的级组成。第一级采用差分结构，先评估最高有效位（MSB）的值，然后调节信号，并将其传递到下一级进行MSB-1转换。每个级都与其他级并行执行操作。图1：流水线拓扑具有多个级，分别执行多位转换器的一个位的转换，然后调节信号，并将信号传递到下一级。（图片来源：TexasInstruments）在图1中，各级的功能相似，仅解析一位或两位。每个级都有采样保持、低分辨率闪速ADC和信号调节功能。第一级接收样本，并立即产生MSB决策。MSB数字值进入第一个锁存器（锁存器1）。如果MSB决策为1，则该级将从样本中减去MSB值的电荷。然后，流水线转换器对剩余电荷应用2倍的增益倍数。当一个级完成其操作时，便将模拟差异传递到后续级。若设计采用2倍增益倍数，其优点在于，第1级至第n级基本上都是相同的电路。级数通常与ADC位数相匹配。最终转换输出会在输出锁存器中将每个级的数字结果组合起来。该转换过程会造成若干时钟周期的数据延时。
