并行ADC性能扩展一种比特滑动流水模

为了提高转换速率，就得设法减少t CA 或tSH，本文提出一种比特滑动流水并行模数转换方法，将 12位流水并行式模数转换电路[4]中的采样保持单元全部省去， 然后在CA1之前加上一个采样保持单元SH，并且采样保持单元SH及各个比较单元CA 1～CAn内部均采用超高速器件，其转换原理如图1所示。只要所设计的比较单元CA1～CAn 和采样保持单元SH满足以下条件：

tCA<1/n*tSH（10）

则CA1～CAn 就能在SH保持时间内快速完成n位逐次比较。因而，转换时间变为：

T31C=T1C=T3CTSH（11）

而在tSH时间内与 tCA无关，从而可以提高转换速率，并且节省了器件、减少了电路规模和功耗。至于n的大小可根据转换速度和分辨率的要求、比较单元和采样保持单元的延迟时间和器件成本等实际应用因素来设定，因而称之为比特滑动。

比特滑动流水并行式模数转换方法的转换过程是，首先将输入的模拟电压Vi经过SH采样保持为 A0，然后经过CA1～CAn 逐级比较，得到n位数字转换结果，并送锁存器DL，在时钟控制下同时输出D1～Dn 。最后，输出模拟余量An到m位并行AD 转换器，继续进行转换，并在时钟控制下输出m位数字输出 Dn+1～Dn +m，从而完成n+m位高速高分辨率模数转换。

4 电路设计及仿真

采用如上所述原理，设计了一个4位比特滑动流水模数转换电路，并进行了PSPICE仿真。其仿真电路系统如图2所示。其中，比较单元CA由比较器MAX908和运算放大器AD8055组成，其内部电路结构如图3所示， tCA达到8ns；采样保持单元SH由模拟开关MAX4614和运算放大器AD8055 组成，其内部电路结构如图4所示，tSH 达到100ns，是能克服美国AD公司采样保持电路AD585缺陷且性能优于AD585的新结构SH电路，新SH电路的捕捉时间t AC=40ns、孔径时间tAP=10ns。以上这些都满足（10）式的要求，因此，根据（11）式转换时间 t3C可取100ns。

4位比特滑动流水模数转换电路的时域仿真结果如图5所示。其中，VI 为信号发生器输出的2.5MHz正弦信号；AO 为采样保持单元SH的输出，由于采用了新结构，速度提高，开关泄漏减小，保持电压的跌落变化率减小，精度提高； VO为4 位数模转换器的模拟输出。图5的仿真结果表明，本文提出的比特滑动流水模数转换电路工作正常，线性化程度较好，只要按照图1所示电路接入m位并行AD转换器（ t1C为50ns），就能构成4+m位模数转换器。