信号链基础知识 4

HelloRocky

作者：Bill Klein
高级应用工程师
德州仪器公司
      在开发模数转换器(ADC)的过程中，人们尝试了许多电路。这些转换器已经被归纳为四种基本拓朴：闪烁、逐次逼近(SAR)、流水线以及∑-△转换器。每一种拓扑均有其优点和缺点。

     针对一个特殊系统的最合适器件取决于应用。更为确切地说，最合适的器件依赖于数据处理的需要。根据执行各种计算的那些应用或者基于抓图读数的决策，需要波形重构的各种应用具有不同的要求。

    上述四种最流行的转换器类型的速度—分辨率比较如图1 所示。随着新的电路技术被开发出来，这些转换器之间的性能边界已经变得有点模糊。

                            图1：ADC 类型的比较。
     除了速度—分辨率的差异之外，下一个性能点就是读取时间。闪烁转换器是一种非常快速的器件，且时间同步通常不是问题。相比之下，SAR 转换器采用一种启动转换信号，利用这一能力，两个或两个以上的转换器可以被同步到一个外部事件。在转换指令之后，数据在若干时钟周期后出现。
    流水线以及具有∑-△拓扑的转换器均是连续转换器件。这使之几乎不可能同步多个器件以实现同时读取，或者，在预先定义的时刻抓取读数。在模拟输入上的一个事件与在数字流中的事件外在表现之间存在时间上的偏离。那个时间延迟被称为数据反应时间(延迟)。
        数据延迟不应该与SAR 转换器相关的转换时间混淆，其中，在处理过程中不存在其它的转换操作。∑-△转换器可以被比作执行一种连续的平均。然而，流水线转换器可以被比作一条装配线，在一个工位对最终结果做出贡献之后，信号继续往下走，给那个位置处理下一个采样点让路。
      这种差异的结果之一就是∑-△转换器有效地把噪声能量调换至远远高于有用频带之外。流水线型转换器以中到高的分辨率实现高数据率。
    各种新技术所带来的另一个重大变化就是，分立的采样保持放大器消失了。为了获得有效的转换结果，在转换时间期间，模拟输入必须稳定在最小有效比特(LSB)之内。在转换器性能上的若干进展包括：分辨率、更短的转换时间以及更小的满量程电压，所有这些性能均需要更高性能的采样保持放大器，而先进的电路拓扑已经容许把采样保持放大器构建在转换器之中。
   这些转换器类型当中的每一种将在后续文章中详细介绍。