為滿足現(xiàn)代數(shù)字無(wú)線系統(tǒng)、通信、高精度成像系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等對(duì)于高速、高精度A/D轉(zhuǎn)換器的需求，一些IC制造商推出另外一種采用流水線結(jié)構(gòu)（Pipeline）的單片ADC。這種新的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠提供優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，可對(duì)輸入信號(hào)高速、高精度采樣，并且具有令人滿意的低功耗并可提供小尺寸的芯片（小尺寸意味著低價(jià)格），應(yīng)用前景十分廣闊。下面簡(jiǎn)要介紹其工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)。

工作原理

流水線（或稱為子區(qū)式）ADC采用多個(gè)低精度的閃電式ADC對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行分級(jí)量化，然后將各級(jí)的量化結(jié)果組合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)高精度的量化輸出。每一級(jí)由采樣/保持電路（T/H）、低分辨率ADC和DAC以及求和電路構(gòu)成，求和電路還包括可提供增益的級(jí)間放大器。

一個(gè)N位分辨率的流水線ADC完成一次采樣的流程大致如下：首級(jí)電路的采樣/保持器對(duì)輸入信號(hào)取樣后先由一個(gè)M位分辨率的粗A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入進(jìn)行量化，接著用一個(gè)至少N位精度的乘積型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（MDAC）產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于量化結(jié)果的模擬電平送至求和電路，求和電路從輸入信號(hào)中扣除此模擬電平，并將差值精確放大某一固定增益后送交下一級(jí)電路處理。經(jīng)過(guò)L級(jí)這樣的處理后，最后由一個(gè)較高精度的K位細(xì)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)殘余信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。將上述各級(jí)粗、細(xì)A/D的輸出組合起來(lái)構(gòu)成高精度的N位輸出。為了便于糾正重疊誤差，流水線各級(jí)電路都留有冗余位，即滿足：L·M+K＞N
流水線ADC的誤差源主要包括：
·各級(jí)粗ADC的增益、偏置與線性誤差
·各級(jí)DAC的增益、偏置及線性誤差
·各級(jí)DAC的建立時(shí)間
·各級(jí)求和電路的增益、偏置、線性及建立時(shí)間誤差
·細(xì)ADC的增益、偏置與線性誤差

這些誤差會(huì)進(jìn)一步影響流水線ADC的樣本轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致整個(gè)ADC 轉(zhuǎn)移函數(shù)的非線性與失碼。新型單片流水線ADC普遍采用數(shù)字校正技術(shù)來(lái)消除這些誤差。校正的方法一般是從后向前逐級(jí)測(cè)出每一級(jí)的誤差，將誤差保存于內(nèi)部存儲(chǔ)器，正常測(cè)量時(shí)再取回該誤差對(duì)各級(jí)的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行修正。

流水線ADC中各級(jí)電路分別有自己的跟蹤/保持電路，因此當(dāng)信號(hào)傳遞給次級(jí)電路后本級(jí)電路的跟蹤/保持器就可釋放出來(lái)處理下一次取樣。這樣提高了整個(gè)電路的吞吐能力，一次采樣可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，但隨之而來(lái)的另外一個(gè)問(wèn)題就是流水線延遲，每次取樣的轉(zhuǎn)換結(jié)果要等待若干個(gè)時(shí)鐘周期延遲后才能出現(xiàn)在輸出端，幸運(yùn)的是對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)這種延遲的影響并不顯著。

性能特點(diǎn)

流水線ADC的主要特色在于優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能，能夠?qū)咏踔脸瞿慰固仡l率的信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣或欠采樣。用于通信系統(tǒng)可直接對(duì)IF信號(hào)進(jìn)行采樣或?qū)崿F(xiàn)IF信號(hào)的直接下變換（DDC），用于成像系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高分辨率、高品質(zhì)的圖像采集，優(yōu)異的頻域和時(shí)域特性也能夠滿足高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。

衡量高速ADC動(dòng)態(tài)性能的主要指標(biāo)有：信/噪比（SNR）、信號(hào)與噪聲、失真總和之比（SINAD）、總諧波失真（THD）、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）等。其中SNR指被測(cè)信號(hào)的RMS（均方根）值與奈奎斯特頻率范圍內(nèi)、不包括直流和諧波成分的所有其它亂真信號(hào)RMS值之比；SINAD是指被測(cè)信號(hào)的RMS值與奈奎斯特頻率范圍內(nèi)所有其它成分的RMS值之比（包括噪聲和諧波，但不包括直流成分）；THD是指諧波分量的RMS 值與輸入信號(hào)之比；SFDR代表被測(cè)信號(hào)與最高的雜散（諧波）分量之比。

要發(fā)揮流水線ADC的優(yōu)異性能，除了選擇合適的器件外，還要對(duì)其基準(zhǔn)電路、信號(hào)輸入電路、偏置電路和電源去耦及印制板布線等進(jìn)行仔細(xì)的設(shè)計(jì)。