高速ADC防止前端冲突

l▲ 禾 端应用中的趋势 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：OEM们仍在追 求更高的速度和分辨率以及更低的失 真、损耗及更小的尺寸和更低成本。但 转换器设计者并没有为满足客户的这些需求开发 出全新的架构，实际上也很少有设计者这么做。 相反，现有架构的发展已经远远超出了其发明者 的想象，继续在IC业的一个竞争非常激烈的领 域中快速发展。 趋势 这种发展一直是很迅速的。例如，在EDN 杂志的最近一次高速ADC调查中，正在出售的 最快速12比特转换器是AnalogDeVices公司的 AD9433(参考文献1)。AD9433运行速度是 125MS／s，功率是1．25W，带宽是750MHz。而 在我们目前的调查中，至少有5家制造商已在 提供速度范围在125MS／s～1GS／s的器件，分 辨率与速度有关，为8比特～14比特。 l 前次调查情况是，最快的转换器多数是建 立在基于SAR(逐次逼近寄存器)的架构或流 水线架构上的。长期以来一直是大学研究课题的 高速△一￡结构，正开始填补SAR在商用市场 中留下的空白。 随着厂商以迅猛的速度“争当第一”，产品 推出的速度似乎正在加快。糟糕的是，在产品发 布后的几个季度，厂商提供的只是一些初步的数 据表。初步的数据表并非只有坏处。实际上，它 们帮助IC制造商和早期采用产品的客户更快地 开始合作。但是，有些数据表有多个修订版(有 时多达8个以上)，使人们在获得IC样品时， 很难以无差错的方式来做设计。 另一方面，与过去几年相比，制造商们时常 玩的规格游戏不那么流行了，至少不那么明显 了。多数数据表规定了最重要参数的最低和最高 性能限度，有些是在IC的整个工作温度范围内 规定这些限度。最低ENOB(有效比特数)规格 较常见，但仍然不普遍。缺乏规格时，你可以从 最低SINAD直接计算ENOB： ENoB：!!型竺：!：!!型 6．02d】3／BIT 转换器的交流特性对于中等速度的通信是 个挑战，在射频时更是如此(见附文《单值悖 论》)。如果你在高速转换器方面的知识并不丰 富，就应该在转换器选择上多花些时间。速度和 分辨率相似的转换器之间有很多微妙的差别，结 万方数据万方数据 技本纵横I曼￡幽g△I坠I堕星曼 果，数据表长度往往接近于 L兰m．10ngf 其中L是长度，f是时钟速率，m 是与厂商有关的变量。这一类别中，只 有很少的器件有来自第二个来源的直 接等价物。对于制造商而言，更常见的 一个倾向是提供引脚兼容的“升级途 径”，使你能够把某项设计迁移到更高 的分辨率或时钟速率。 随着基础技术和电路技术的成熟， 以及高速转换器领域市场规模的扩大 和竞争的加剧，主要制造商提供的规 格变得更严格了。例如，关于数据表的 一项简要研究表明：静态误差一般很 小。最高DNL(差分非线性)通常小 于1LSB。结果，制造商保证不丢失代 码的分辨率一般等于铭牌上的分辨率， 只有极少数例外。INL(积分非线性) 通常也小于1LSB，只在很少的器件中 超过几个LSB。静态性能很高，伴随 而来的是交流性能很高，这是因为静 态非线性和失真之间存在关系。因此， 噪声主导着很多转换器的ENOB。多 数高速ADC的数据表显示的SNR和 IlII}f12△Le￡Ⅱ△6§—·—；自14Icl!!!；Ii：氟ednchjna．c。m SINAD(信号、噪声和失真)规格只 相差十分之一或十分之几分贝。这种 情况下，如果数据表没有规定最差情 形下的ENOB或SINAD，那么通过 结合SNR和单独报告的失真信息，你 也许能够合理地估算SINAD。不过， 如果你估算的分量包括典型值，尤其 是当你的估算接近应用的最低要求时， 就应格外小心了。 正如已经提到的那样，IC制造商 们往往希望胜过其他公司一筹，都声 称自己的转换器是最快的。在特定分 辨率，多数应用并不需要市场上最快 的转换器，而只需要足够快的转换 器。只要转换器制造商能够满足你的 设计对速度的需要，那么就直接的用 处而言，进一步提高速度也许还不如 逐渐改善ENOB、功耗或成本，这些 特性在可用器件领域展现了丰富的多 样性。 多数高速转换器制造商能够提供 广泛的布局信息和适合于各种应用的 缓冲放大器的相关建议。多数制造商 还提供评估板，从而使你迅速开始设 计工作，并在设计周期的后期作为比 较点。尽管有这么高级别的应用支持， 但你还是必须仔细把转换器与附近其 它子电路之间的相互影响降到最低限 度(参考文献2)。 ．逐次逼近 过去几个季度发布的典型SAR转 换器的速度大约是参考文献1中讨论 的器件的两倍。使用ENOB和最大取 样速率的乘积作为品质因数，表现突 出的产品包括TexasIns仃uments公司 的ADS7881、AnalogDevices公司的 AD7621、LinearTechnology公司的 LTCl403a(表1)。 Analog公司的16比特AD7621 提供三种工作方式，外加“省电方式”。 在所谓的翘曲方式(用于采样不足的 应用)中，AD7621每秒能取样275M 次，值得提醒的是，连续转换之间的间 隔不应超过1ms。如果转换不满足该 准则，比如在突发转换的开始或加电 序列之后，那么你应该忽略第一次转 换。AD7621的正常工作方式不要求 万方数据万方数据 最低转换速率，运行速度是2MS／s。还与外部输人选择器一起使用，那么转 率最高的。LTCl403和LTCl403A有 有一种低功耗方式，就是AnalogDe一 换器就能测量自身的温度，这样你可 两种低功耗空转方式。在小睡方式中， vices公司的((星际迷航》迷们所称的以利用这些数据来提高整个工作温度 在正常供电情况下，功耗降至不超过 脉冲方式，根据取样速率来调节功耗， 范围内的校准精度。 4．5mW的水平。芯片使内部基准电压 最大速率为1．25MS／s。根据最新的初 LinearTechn0109y公司的14比特保持偏置，这样，转换器就能够在一个 步资料，该公司还没有发布“牵引束” LTCl403A转换器工作速度是2．8MS／时钟周期内醒来。在睡眠方式中，基准 选件，因此你必须把LQFP一48或可选s，功耗仅为21mw，供电电压是3V。的偏置也关闭，并且耗电进一步降至 的LFCSP-48封装焊接到印制电路板，实际上，在最近推出的SAR转换器不超过45mA的水平。一旦处于睡眠 就像你对其它所有器件所做的那样。 中，LTCl403A及其姊妹产品12比特状态，转换器要花2ms时间苏醒，主 AD762l依靠单一2．5V供电电压LTCl403，按照ES／P(ENOB与取样要是因为基准的转换时间和稳定时间， 来工作，具有片上低漂移基准、基准缓 速率的乘积除以功耗)品质因数的测 假定负载是推荐的10111F。 冲器、温度传感器。如果你把该转换器 量结果来看，是单通道器件中能量效 在低于lO0kHz的频率时， 附文：单值悖论 单值规格对多参数现象的有限用途会随着模拟域 中的某些规律性而增加．高速转换器也不例外(参考 文献A)。有些OEM设计商需要规格有保证、价格有 竞争力的部件，而有些规小支持客户的转换器蒂I造商 所做的参数测试已经占了lC的出厂总成本的很大一部 分．对于这些设计商和制造商，这个问题有些自相矛 盾。例如．时钟速率、输入频率和工作温度是影响转 换器性能的三个参数。从这个角度而言，单值ENOB (有效比特数)规格尽管由于简单而具有吸引力．但包 含的信息不太可能像你希望的那样多，除非限定信号 和工作条件的各项 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 强有力地指导你的应用。 芯片制造商早就在利用特性曲线来补充他们的规 格表，这些曲线通常代表从一次性旺测试所收集的数 据的统计平均值。持续进行的工艺监视和成品率优化 往往会使关键参数处于中心位置．并伴随得到良好控 翩的分布，因此这些数据的有效寿命超过了作为它们 基础的晶圆。另外．一些制造商提供参数分布柱状图， 它们帮助描绘典型性能和规格表最大值及最小值之间 的关系。在针对多参数措施进行特性曲线的解释时． 有一个难题是它们只提供器件性能的二维片段．因此 你不得不估计3个或更多参数维数度中的拐角大小。 对于高速ADc，最不直观的关系包括噪声特性、 失真特性和寄生特性．它们是时钟速率和输入频率的 函数。因此．应寻找那些试图用图形来澄清这些复杂 关系的制造商，这是值得注意的事情。1Iex觞lnstnJ— menb公司在ADS5500转换器{14比特、125MS『s) 的数据表中就是这么做的(图A)。 参考文献 圈A，Tl公司ADs5500的sNR(a)、无寄生动态范圈(b)及：次谐波失真与取样率和 A．IsraeIsohn，Joshua，”c}ickplc酴，”EDN，输入菝率之闽的函数关系盘线，墨示7转换器性蘸与信号传输囊件之阍的复杂关系。fTl May1，2003，pg67． 供藕) ‘ ● ▲ED～c_H『~A加叫．f2 ，wlⅣw、ednchina．cOm 万方数据万方数据 技本纵横!!垦删￡△!坠幽l LTCl403A的差分输入提供的CMRR (共模抑制比)一般高于80dB，超过了 期望的20dB／10倍频滚降。该器件的 ENOB几乎与尼奎斯特点一致，在这一 点，随着失真现象增加，ENOB会下降。 一种三线串行控制接口使L1℃1403和 L1℃1403A可以置于MSOP一10封装中， 使这些器件对于便携系统或现场嵌入式 系统应用而言很有吸引力。 TexasInstrLlzllents公司(TI)的12 比特ADS7881的采样速度高达4MS／ s。与LTCl403一样，ADS7881有两 种低功耗待机方式，把功耗从110mW 最大值降到小睡方式的不足10mW和 睡眠方式的9“w。苏醒时间一般分 别是60ns和25ms。 ADS7881的采样／保持放大器提 供伪差分输入，你应该用匹配的源阻 抗来驱动这种输入，以便在输入电压 范围和工作温度范围内把偏移、增益 和线性误差降到最小。输入信号范围 是0～2．5V。伪差分中的“伪”是指转 换器对输入信号采样，并把它们送到 电容器阵列，该阵列抑制共模分量，不 过只是在有限的±200mV电压范围 内。在该范围内，典型CMRR在 1MHz时等于60dB。 ADS7881有一个并口，因此采用 TQFP-48封装。你可以按照字节方式 来配置该转换器的12比特数据端口， 用于8比特处理器。在这种安排中，你 的处理器在两次连续的 字节读操作期间读取12 比特数据。 I／Q解调和多相电机 控制等若干应用均受益 于信号对的同步采样。廉 价的双通道转换器以一 种高效率利用电路板空 间和电源的方式满足了 这种需要。LinearTech— nology公司的14比特1． 5MS／sLTCl407A双通道 ADC提供了在两个采样／ 保持放大器上进行的同 lIiI}fjQ△Le￡Ⅱ△6§—·—；!I(II【l!!!；Ijj氘ednchjnacom 若要了解更多信息 如要了惩更多有关本文讨论的产品等 的信怠，请直接与以下锻造商联系．并请告 诉德稍像是通过诵读EDNch{j_嘏文章了褥 到他们韵产品的， An毒lOgDeVlc鹳 www．analog．com Lin鞠rM∞IO吖www．翰朗r．嗍 珏axlm www．maxim·}c．com 时采样，这两个放大器共享一个3MS／ sSAR内核(图1)。转换器在两个采 样／保持放大器之间来回切换，并装载 一对14比特锁存器。 与LTCl403A一样，LTCl407A 有一个12比特的姊妹产品LTCl407， 并具有用于省电的小睡方式和睡眠方 式、一个三线数字接口，它采用 MSOP．10封装。这种双通道转换器的 差分输入范围是0～2．5V。只要差分分 量和共模分量之和不超过标称值3V的 电源电压，差分输入还可以容纳共模 信号。 AnalogDevices公司的AD7266 提供两个完整的12比特2MS／s转换 器，它们共享一个公共基准和控制块。 每个转换器都有一个输入复用器，你 可以把它配置用于3个差分输入信号 或6个单端输入信号。你可以选择从两 个串行输出引脚读取两个输出字，或 在一条线路上接连读取。 AD7266最大功耗是20mW，依靠 5V电源工作，根据我们的ES／P品质 因数，这使它成为了本次调查中用电 效率最高的SAR转换器。采用3V电 源时，最高转换速率降至1．5MS／s，但 功耗降得更快，最大仅为8mW。关机 方式的功耗最大为5mw。 AD7266自从推出以来，规格细节 一直有些不全，这是因为它今年才会完 全生产。虽然SINAD、THD(总谐波 失真)、SFDR(无杂散动态范围)带有 最大值或最小值规格，但对于你也许希 望了解的硬指标，比如串扰、抖动、带 宽、偏移匹配等等，只给出了典型值。 数据表还把最大吞吐率等其它指标列为 TBD(待定)。AD7266并不是伴有粗 略数据表的唯一器件。事实似乎是，在 最大、最积极的供应商匆忙把自己最 新、最有竞争力的器件投放市场时，没 有为早期采用者留下足够多的详细资 料。AnalogDeVices并不是唯一犯这种 错误的公司，它的主要对手TexasIn— s虹uments公司也一直是在提供完备的 规格细节之前就在大谈其器件。在产品 发布后的最初几周，这种情况也许可以 理解，但等到两个季度之后还是没有动 静，人们的好胃口恐怕早就没了。 当然，加1alogDevices公司和Ⅱ公 司并不只是在做些没有意义的事情。在 圈1，LlnearTechnoIogy公司的LTCl407和LTCl407A，12比特和14比特双通道 1．5Ms／s转换器，采用单通道3MS／sSAR转换器就I瞻处理来自同步取样／保持放大 器的信号。 突破1MS／s(表2)的△一 ￡转换器(或∑-△转 换器，这要看你是跟谁 说话)领域，他们处于领 先地位。在上次调查期 间，这类产品尚不存在。 当时，这类器件充其量 是大学 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 而已。首批 样品是TI公司的 ADSl605和ADSl606， 以及mlalogDevices公 司的AD7400和 AD7401。 ADSl605 和 一一一一一一一一一 万方数据万方数据 技苤纵横!呈堡幽g△!坠!蜓 ADSl625分别是16比特5MS／s转换 器和18比特1．25MS／s转换器。 ADSl605和ADSl625的姊妹产品， 即ADSl606和ADSl626，把输出 FIFO添加至0了I／0接口。 与这类转换器中的较慢型号一样， 一个数字滤波器放在△一∑调制器之 后，决定着很多频带内特性，包括± e衄蛾烛。2唑黥。dnc№∞m 0．0025dB通带纹波、很宽的线性相位 带宽，以及急剧跃迁进入抑止带等特 性。抑止带衰减至少是72dB。 数据表规定了最小SINAD，并且 在100kHz时的满刻度输入是一20dB。 你如果用它来计算ENOB，那么对于 ADSl605和ADSl625，结果分别是 10比特和11．2比特。笔者通过结合 SNR趋势线和THD趋势线得到了表 中的估算值，．20dB满刻度时的最小 值与典型值之比是额定的。根据数据 表的特性曲线，在动态范围的最后 2dB，SNR和THD都急剧恶化10dB 以上，这个奇怪的特性使人们更难评 估这些器件在20dB满刻度点以外其 它点的性能。 AnalogDevices公司的 AD7400和AD7401分别是16 比特10MS／s自计时∑-△转换 器和16比特20MS／s外部计时 ∑一△转换器。截止写稿时为止， AD740)【转换器在ICADC当中 很不寻常，独特的也许就是它 们包含一个平面绝缘变压器， 使你能够取消在很多交流电机 控制和数据采集应用中都要求 的电流隔离。该公司的隔离承 受测试在器件匕施加了4．5kV电 压，持续1s，泄漏电流极限为 5“A，按照ULl577标准进行。 部分放电测试允许的最大值为 5pC，电压为1．67kV，持续1s， 按照EN60747-5-2标准进行。在 UL、CsA、ⅢC、ⅧE、DN和 EN针对隔离、绝缘和工作电压 的标准方面，这些器件已经得 到或正在申请批准。 炙手可热的流水线转 换器 闪速转换器是最快的转 换器架构，受限于以下事实： 它对每个代码都需要一个n比 特精度的比较器。因此，它的 面积和最终成本与2n成比例， 其中n是比特数。一种称为折 叠式的电路技术减少了比较器 的数量，但在超过8比特左右 分辨率的转换器中很少见(参 考文献3)。NationalSemi- conductor公司的ADC-081000 就是一种使用折叠和内插架构 的商品化转换器，它是一种 万方数据万方数据 技本纵横!!垦删垦△!坠竖E 1GS／s8比特器件，打算用于数字示波 器、测量仪器和直接射频下变频设备 (参考文献4)。该公司最近才发布这种 器件，截止发稿时，还没有提供最终性 能极限。NationalSemiconductor公司 预定很快投入生产并上市该产品，价格 为100美元(批量1000件)。 流水线式转换器是针对各种超过8 比特分辨率(表3)的最快的常见架构。 不论是从商品角度还是从学术实验角 度，流水线转换器一直是重大开发的 课题。在超过大约12比特后，流水线 转换器设计就使用各种校准方法来消 除初期的非线性。在各公司竞相制造 速度更快、分辨率更大、功耗并不相应 增加的转换器时，这种做法尤其常见。 在流水线转换器方面，最值得注 意的趋势包括提高取样速率、增加每 个取样速率节点的ENOB、提供更多 的多通道器件。多通道转换器尤其适 合于成像和通信领域，在成像领域，大 型阵列很常见，而在通信领域，“Q通 道需要匹配良好的信号链。 TexasInstmments公司率先把多 条通道包含进产品中，每个封装中有8 条通道，这些产品是ADS5270、 ADS5271和ADS5272，它们分别是 40MMS／s、50MMS／s和65MS／s的12 比特转换器。如果说该公司宣布各项 最低值时，典型值为11．3比特的 ENOB没有引起太大震动，那么对于 I：!I}fIjNj￡t“△6§—·—叠I【}I【l!!!；Iij‰ednchina．c。m 便携式超声波设备等成像应用，这样 的通道密度和低功耗(每封装不到 1W)应该很有吸引力。 每条通道的转换器都连接到一个 串行器和一个LVDS驱动器。一个外 部取样时钟同步驱动8个采样／保持放 大器和一个PLL，该PLL生成了输出 比特时钟。取样时钟和比特时钟在 LVDS输出端上都可用。 AnalogDevices公司的多通道流 水线式转换器包括AD922912比特转 换器和AD92898比特转换器。两种 器件的工作速度都是65MS／s，都提供 LVDS数据输出和比特时钟输出。典 型ENOB分别是11．4比特和7．5比 特。同样，截止写稿时，该公司还没有 提供极限规格，因此很难评估这些器 件在总体上的性能如何。 Maxim公司的MAXll26和 MAXll27分别是4通道40MS／s和6孙压S／ s流水线式转换器，采用1．8V电源工作。 与其它多通道转换器类似，MAXl126和 MAXll27共享一个片上基准、一个时钟 缓冲器、一个H上、一个控制结构，使 总功耗不超过躬w。这些转换器的差分 输入范围扩大到了1．4Vp-p。最小嘲 在19．3M昆时为10．8比特。 值得关注的单通道流水线式转换 器包括14比特转换器TelASIC TCl410，它的工作速度是240MS／s， 带宽是1GHz，并带有恰当的输入匹配 网。LinearTechnology公司的14比 特LTCl750和Ma)【im公司的15比特 MAXl427也值得关注。这两种器件的 工作速度都是80MS／s，都提供11．8 ENOB，不过分辨率不一样，LTCl750 是30MHz，而MAXl427是15MHz。 还有更多的新器件也是流水线式 的。有几家制造商正计划在第三、四季 度推出高速转换器，因此你可以让“争 当第一”游戏继续下去。运气好的话， 对于过去两个季度或更早之前发布的 器件，他们还将会补充当时没有提供 的规格细节。目蒯 参考文献 1．Israelsohn，Joshua，”Blindingly f瓠tADCs，”EDN，May10，2001，pg53． 2．Ismels01ln，Joshua，”Noisel02， ”EDN，March18，2004，p946． 3．Geelen．GovertandEdward Paulus，”An8b600Msps200mW CMOSfoldingADCusingan锄plifier presettechnique，”Philips Semiconductor．PresentedatISSCC 2004． 4．毗，R(妇矾ChrisMerlkus，M曲 R0sariaTursi，01sHidri，andValefie_PonS， ”A1．8V1．6Gsps8bsel仁calib倒血gfbld． ingADCwith7．26ENOBatNyquist 丘equellcy，”Na廿onalSeIIliconductor，Pre- sentedatISSCC2004． 万方数据万方数据 高速ADC:防止前端冲突 作者： Joshua Israelsohn 作者单位： 刊名： 电子设计技术 英文刊名： DIANZI SHEJI JISHU 年，卷(期)： 2004，11(12) 被引用次数： 0次 参考文献(4条) 1.Israelsohn Joshua Blindingly fast ADCs 2001 2.Israelsohn Joshua Noise 102 2004 3.Geelen,Govert.Edward Paulus An 8b 600 Msps 200 mW CMOS folding ADC using an amplifier preset technique 2004 4.Taft,Robert.Chris Menkus.Maria Rosaria Tursi.Ols Hidri, Valerie Pons A 1.8V 1.6 Gsps 8b self-calibrating folding ADC with 7.26 ENOB at Nyquist frequency 2004 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzsjjsednchina200412012.aspx 授权使用：国电南京自动化股份有限公司(wfgdnz)，授权号：628bbccb-fcd7-4ded-9fef-9e3000ba70e9 下载时间：2010年11月16日