《CMOS模拟系统设计》课程教学课件（讲稿）第07章 模数转换器

研究生课程CMOS模拟系统设计第7章模数转换器微电子学院张鸿hongzhang@xjtu.edu.cn

研究生课程 CMOS模拟系统设计 第7章 模数转换器 微电子学院 张 鸿 hongzhang@xjtu.edu.cn

主要内容ADC和DAC概述■ADC的主要应用ADC的基本原理和分类■DAC与信号重建■ADC主要指标和测试方法■ADC的主要电路模块几种主要的ADC西学文通大学模数转换器XIANHAOTONG UNIVERSITY2/242Lab ofMixed-SignalSystems

模数转换器 2 /242 Lab of Mixed-Signal Systems 主要内容  ADC和DAC概述  ADC的主要应用  ADC的基本原理和分类  DAC与信号重建  ADC主要指标和测试方法  ADC的主要电路模块  几种主要的ADC

ADC的用途及速度、精度和功耗的折衷24Analog Input22AnalogDVD1kW20FiltersAudioPreprocessing181WA/D?[s]16ConversionAudio14GSMBase000GSMRxDSL..001..DSP12Uitra-1mW110sound10MotorDTVDig.ScopeDIADVCControls?Video8ConversionTeleph.HDD6AnalogFilters1μw4PostprocessingWirelineInterface2Analog Output1kHz10kHz100kHz1MHZ10MHZ100MHZ1GHZ10GHZBandwidth西学文通大学模数转换器XIANIIAOTONCUNIVERSITY3/242LabofMixed-SignalSystems

模数转换器 3 /242 Lab of Mixed-Signal Systems ADC的用途及速度、精度和功耗的折衷

传感器信号处理用的ADC例：CT机前端处理芯片一ADAS1128ofAnalogDevicesTONEXT支支2.5V3.3VSOTOALLADCSBUFNLBUFPLSDOREFANOCONFIGURATIONCSS/H+128个模拟通道，复RESETZORO·_ADCL用2个ADCSDIAN6324bit，单通道转换速DOUTXFPGACLKXLVDSCMOSDATA天OR[0:127]率小于20KSPSPROCESSINGINTERFACESYNCAN642.5V大S/HIOVDD2OR64<5mW/通道（含前端vIOTEMPERATUREY......ADCHIOGND积分器）4ADAS1128AN127S/H-OR127SDIKGNDBUFPHYBUFNHREFSD2.048VVTFROMDOUT支OFOTHERADCS支支FROMPREVIOUSSDO西安文通大学模数转换器XIANIEAOTONGUNIVERSITI4/242LabofMixed-SignalSystems

模数转换器 4 /242 Lab of Mixed-Signal Systems 传感器信号处理用的ADC  例： CT机前端处理芯片—ADAS1128 of Analog Devices  128个模拟通道，复 用2个ADC  24bit, 单通道转换速 率小于20KSPS  <5mW/通道（含前端 积分器）

音频信号处ADC例：硅麦克风（数字形式：DigitalMIC）数字处理ICVDDLowPassChargeReferenceFilterPumpBIASDATA抽取NACLK滤波AmplifierModulatorL/RGND24bit.20KSPS.功耗<10mW西学文通大学模数转换器XIANHAOTONGUNIVERSIT5/242Lab ofMixed-SignalSystems

模数转换器 5 /242 Lab of Mixed-Signal Systems 音频信号处ADC  例： 硅麦克风（数字形式: Digital MIC） 抽取 滤波 数字处理IC 24bit, 20KSPS,功耗<10mW

无线通信接收机：射频直采（软件无线电）AD9680（AnalogDevices），14位、1GSPS1.4W/通道AVDD1AVDD2AVDD3AVDD1SRDVDDDRVDDSPIVDD(1.25V)(2.5V)(3.3V)(1.25V)(1.25V)(1.25V) (1.8VTO3.3V)OOOOOCBUFFERVIN+AOADC14COREVIN-AO下变频DDCFD_AO滤波ADCLNASERDOUTO+SIGNALSERDOUT1+MONITORSERDOUT2传输SERDOUT3FD_BODDCVIN+BOADCCOREVIN-BOBUFFERCONTROLDigital andClockREGISTERSV_1PoODriversFASTDETECTSIGNAOSYNCINBtJESD204BMONITORSUBCLASS1CLOCKCONTROLGENERATIONOSYSREF+CLK+OCLK-OSPICONTROLPDWN/OSTBYAD9680PipelineandReference1000OPOSDIOSCLKCSBAGNDDRGNDDGND南四事入通人学模数转换器XIANHAOTONGUNIVERSITY6/242LabofMixed-SignalSystems

模数转换器 6 /242 Lab of Mixed-Signal Systems 无线通信接收机：射频直采（软件无线电）  AD9680 （Analog Devices），14 位、1 GSPS  1.4W/通道 ADC 下变频 滤波 传输 LNA

高速数字示波器仪器类ADC的1GHzClock最典型应用so PipelcloclO8~12bit精度ADC追求不断提升RiCHOS的采样速度CMOSADCChip可以容忍较大[Poulton,ISscc2003]的功耗.HighperformancedigitaloscilloscopesrelyonextremelyhighperformanceADCsExample20GSample/s8-bitADCSBAMARA10WPowerdissipation出多人进大学模数转换器XIANIIAOTONGUNIVERSITY7/242Lab of Mixed-Signal Systems

模数转换器 7 /242 Lab of Mixed-Signal Systems 高速数字示波器  仪器类ADC的 最典型应用  8~12bit精度  追求不断提升 的采样速度  可以容忍较大 的功耗

有线通信接口中的ADC光纤通信的相千接收机FujiTSU光纤56GSa/s8-bitsingle chipC有效精度orPmodularsystem6~8bitDigital Signal ProcessingUnitADC2W/通道90°hybridQ1用于100GADCDPSU光通信系统LocaloscillatorADC/90°hybridQ2ADC光处理Twochannelversionof56GSa/sADCusingCHAIS architecture光电转换西安交通大学模数转换器XIANHAOTONGUNIVERSITY8/242Lab of Mixed-Signal Systems

模数转换器 8 /242 Lab of Mixed-Signal Systems 有线通信接口中的ADC  光纤通信的相干接收机 光处理 光电转换 光纤  有效精度 6~8bit  2W/通道  用于100G 光通信系统

主要内容■ADC和DAC概述■ADC的主要应用■ADC的基本原理和分类■DAC与信号重建■ADC主要指标和测试方法■ADC的主要电路模块几种主要的ADC西学文通大学模数转换器XIANHAOTONG UNIVERSITY9/242Lab ofMixed-SignalSystems

模数转换器 9 /242 Lab of Mixed-Signal Systems 主要内容  ADC和DAC概述  ADC的主要应用  ADC的基本原理和分类  DAC与信号重建  ADC主要指标和测试方法  ADC的主要电路模块  几种主要的ADC

ADC工作的基本原理Y(n)x(t)P.(t)x(nAt)DT数字信模拟输支入信号号输出抗混叠幅度量化滤波器采样（时间离散）C.T. = S.D. = D.T.CTSDContinuousTimePhysical模拟信号数字化：SignalsSampledData(e.g. T/H signal)CT连续时间（时间和幅度都连续）SD采样信号（时间分立，幅值连续）ClockDT数字信号：时间和幅度都分立"MemoryDiscrete TimeContent"西学文通大学模数转换器XIANHAOTONGUNIVERSIT10/242Lab ofMixed-SignalSystems

模数转换器 10 /242 Lab of Mixed-Signal Systems ADC工作的基本原理 模拟信号数字化：  CT连续时间（时间和幅度都连续）  SD采样信号（时间分立，幅值连续）  DT数字信号：时间和幅度都分立 CT SD DT