管道ADC,管道ADC原理及作用是什么?

人們都習慣把管道ADC稱為流水線ADC，流水線結 構中各模數轉換級處于并行工作狀態，提高了轉換速率;如果要增加A/D轉換的分辨率，只需在流水線結構級聯更多的轉換級，這樣，芯片面積和功耗是隨著分辨率的增加而線性增加的，與全并行結構相比，在高精度的應用中會明顯地減少芯片面積和降低功耗;由于使用了輸入采樣保持電路，能精確地對高頻信號進行采樣，并且由于級間放大器的增益大于1，后級的非線性效應會被前級的增益所衰減;通過采用冗余自校正設計，可以把電路非理想因素對線性的影響減到最小。因此，它與其他高速結構相比更適合用于高分辨率ADC。

優點:

?用到的器件數目與轉換位數成正比，功耗得到了限制;

?通過數字校正電路實現了較高的精度，但對所用到的功能電路的性能要求不高;

?每一級的冗余位優化了重疊誤差的糾正。每一級具有各自獨立的采樣放大器，前一級電路的采保可以釋放出來用子處理下一次的采樣，因此允許流水線各級同時對多個采樣進行處理;

?速度更高，價格更低，設計時間更少，難度更小;

?模擬信號要經過多級轉換，但模擬信號之間為并行處理，可達到高的轉換速度:

?很少有比較器進入亞穩態，從根本上消除了火花碼和溫度計氣泡。

缺點:

?復雜的基準電路和偏置結構;

?輸入信號必須穿過數級電路，造成流水線延遲;

?同步所有輸出需要嚴格的鎖存定時;

?對工藝缺陷比較敏感，會影響增益非線性、失調以及其他參數;

?與其他轉換器相比，對印制線路板布線更敏感。

基本原理：

基本上，人們都習慣把管道ADC稱為流水線ADC，因為，“流水線”更符合于他的原理。的原理圖如圖所示:

流水線模數轉換器也叫子區式模數轉換器，它的每個子區具有獨立的采樣保持電路，形成流水線工作方式。當某一級子區的轉換任務完成之后，會將電壓余量傳到下一級，同時該級子區對上一級傳遞過來的模擬值進行采樣，因此，從整個轉換過程來說是串行的，但是就每一步來說卻是并行的，所以整個流水線的轉換速率是由單級的最高速率所決定的，與流水線的級數無關。如圖的流水線模數轉換器的原理框圖所示，每一級流水線結構都會包括一個采樣/保持(Sample and Hold)電路、一個低精度子模數轉換器(Sub-ADC)，一個子數模轉換器(Sub-DAC )、一個模擬減法電路、還有一個增益電路。流 水 線 模數轉換器的數字部分一般是用來進行數字校正或是數字校準，當只有數字校正的時候，數字電路只需要一些延遲寄存器和進位全加器，而當采用數字校準技術的時候數字電路就很復雜了，其中會包括時序產生電路、誤差系數RAM，累加器，有時還會需要乘法或除法器。

流水線模數轉換器的第一級所需要的精度要求最高，也可以說它決定著整個流水線模數轉換器的精度。在第一級之后的各級可以逐級減小精度要求而基本不會影響整體的精度。所以，流水線的各級尺寸通常會被設計成逐級減小形式，其目的是降低功率消耗和節省芯片面積。一般來說，流水線單級采用什么樣的結構以及采用多少位數是根據總的位數及功耗、速度等要求來決定的。流水線各級的工作是在兩相不交迭時鐘的控制下完成的，當一級處于采樣保持狀態時，其相鄰的兩級就是增益放大狀態，而當它處于增益放大狀態時，其相鄰兩級就處于采樣保持狀態。

現狀和發展

當前，高速的流水線模數轉換器的精度和速度要求越來越高，而一般來說高速和高精度不易兼顧，但是流水線結構的模數轉換器卻可以在高速和高精度之間做到很好的折衷，可以同時獲得相對較高的精度與采樣速度。國際上著名的模擬器件廠商TI的典型成熟產品中，14位的流水線模數轉換器的采樣速度達到125MSPS，而ADI的12位的流水線模數轉換器的采樣速率已達到400MSPS，另外，也有16位以上的流水線模數轉換器的產品面世。