几种模数转换技术的分析比较

2 流水线模数转换器

从上面对几种常用模数转换器的介绍不难看出，它们都存在这样或那样的不足，而流水线结构（或称为子区式）的模数转换器是更为高效和强大的模数转换器。它能够提供高速、高分辨率的模数转换，并且具有令人满意的低功率消耗和很小的芯片尺寸（意味着低价格）；经过合理的设计，还可以提供优异的动态特性。

流水线模数转换器的功能框图如图5所示。这种结构的模数转换器采用多个低精度的闪烁型模数转换器采样信号进行分级量化，然后将各级的量化结果组合起来，构成一个高精度的量化输出。每一级由采样/保持电路（T/H）、低分辨率模数转换器和数模转换器以及求和电路构成，求和电路还包括可提供增益的级间放大器。一个N位分辨率的流水线模数转换器完成一次采样的程序大致如下：

首级电路的采样/保持器地输入信号采样后先由一个M位分辨率的粗模数转换器对输入进行量化，接着用一个至少N位精度的乘积型数模转换器（MDAC）产生一个对应于量化结果的模拟电平送至求和电路。求和电路从输入信号中扣除此模拟电平，并将差值精确放大某一固定增益后送交下一级电路处理。经过L级这样的处理后，最后由一个较高精度的K位精细模数转换器对残余信号进行转换。将上述各级粗、细A模数的输出组合起来构成高精度的N位输出。为了便于纠正重叠误差，流水线各级电路都留有冗余位，即满足：

L×M+K>N

其中，L为级数（制造商各有不同），M为各级中模数转换器电路的粗分辨率。K为精细模数转换器级的细分辨率，而N就是流水模数转换器的总分辨率。

流水线模数转换器中各级电路分别有自己的跟踪/保持电路，因此，当信号传递给次级电路后本级电路的跟踪/保持器就可释放出来处理下一次采样。这样就提高了整个电路的吞吐能力，一次采样可在一个时钟周期内完成。为了补偿不理想的边界效应，如温度漂移或乘积型数模转换器中电容的失配，部分流水模块转换器还配有校正单元。该单元通常用于流水线的多级（并非所有）电路中，利用两个校正码使乘积型数模转换器输出幅度等于VREF的跃变，任何与此跃变偏离的结果都会被测量到。各级转换器的误差被采集起来并存储到内部存储器中，正常工作时再将结果从RAM中取回并分别对流水线各环节的增益和乘积型数模转换器的电容失配进行补偿。

总之，流水线结构简化了模数转换器的设计，并具有以下优点：

但同时，流水线模数转换器也存在一些缺点：