26、管道式ADC架构详解

管道式ADC架构详解

1. 引言

流水线模数转换器（ADC）适用于需要相对高带宽和高分辨率的应用场合。这类转换器在通信、音频处理、图像处理等领域有广泛应用。本文将深入探讨流水线ADC的架构、工作原理、数字校正和校准技术，帮助读者全面理解和设计这类转换器。

2. 管道转换器基础知识

2.1 架构概述

流水线ADC由多个流水线级组成，每个级包含一个子ADC、一个数字模拟转换器（DAC）、一个减法器和一个残差增益放大器。每个阶段的子ADC负责将输入信号的一部分转换为数字信号，然后通过DAC将其转换回模拟信号，与原始输入信号进行比较，产生残差信号，再经过增益放大器放大后传送到下一个阶段。

2.2 数字输出计算

流水线ADC的数字输出是通过多个阶段的子ADC输出代码累加得到的。每个阶段的子ADC输出代码表示该阶段的量化结果。假设每个阶段的子ADC输出代码为 ( d_i )，则总的数字输出 ( D ) 可以表示为：

[ D = \sum_{i=0}^{N-1} d_i \cdot 2^i ]

其中 ( N ) 是流水线ADC的总阶段数。每个阶段的子ADC输出代码 ( d_i ) 是一个整数，范围从0到 ( 2^b - 1 )，( b ) 是每个子ADC的位数。

3. 数字校正原理

数字校正是用来放宽对子ADC要求的一种方法。通过数字校正可以纠正子模数转换器（ADC）中的大错误。数字校正的原理基于以下假设：

• 当输入代码改变1时，DAC输出总是改变一个确定的量。
• 残差增益正好等于名义值