用于軟件無線電12 b高精度 A/D轉換器設計

　本文設計的用于軟件無線電臺12 b A/D轉換器中的高精度，高速運算放大器，采用了增益提高電路，在不影響頻率響應的同時，得到普通運放所達不到的高增益。

　　1 高精度，高速度模數轉換器對運算放大器指標的要求

　　為了達到12 b的A/D,第一級轉換器出來的信號誤差必須要小于后級所能辨認的最小精度,比如本文需要設計第一級的運算放大器，他后面一級的最小分辨力是10 b，那么，所設計的這個放大器的誤差系數。

　　本文設計的運算放大器，用在12 b模數轉換器中，模數轉換器采用流水線結構，每一級的比特數為2.5 b，電路的方框圖如圖1所示。

　　圖1中放大器接成負反饋形式，CS是輸入采樣電容，Cf是環路反饋電容，在2.5 b每級的應用中，CS=3Cf，閉環增益是4倍，這種2.5 b每級的結構，比傳統的1.5 b每級的結構，放大器的數目減少了一半，可是由于閉環放大倍數變大了1倍，所以，反饋因子減小到一半，可以算出，運放的反饋因子大約為：

　　上式中的β為反饋系數，Copamp是運算放大器的反饋電容。

　　運算放大器可能會導致靜態誤差和動態誤差，靜態誤差是由于運放的直流增益不可能為無窮大而導致的，而動態增益是由于運放的響應速度不可能為無窮快而導致的，經過分析，可以得到靜態誤差的方程，表示為直流增益ADC和反饋系數的函數，如下：

　　為了分析所設計的運算放大器的速度要求，需要把所能容忍的誤差系數和電路的建立時間(Settling Time)聯系起來，為了便于分析，我們先分析環路中只有一個主極點的情況，利用一階響應三要素法，因為需要設計的模數轉換器的工作頻率是100 MHz，所以放大器的建立時間tsettle要小于4.5 ns，立即可以得到放大器的單位增益帶寬為：

　　利用式(2)，式(3)，可以得到滿足12 b A/D轉換器要求的指標，如表1所示。

　　2 電壓增益模型

　　基本的增益提升技術應用于Telescopic放大器的電路如圖2所示，圖中的MN1，MN2，MP1和MP2組成了基本的Telescopic放大器，但是若不采取其他措施，在0.13 μm工藝的條件下，電壓增益通常只能到60 dB，而從前面的分析來看，這樣的增益是不夠的。

　　圖中的OPp和OPn是兩個增益提高電路，有了這兩個輔助的放大器之后，輸出電阻可以表示成為：