AD1672單片12位模數轉換器的原理及其應用

一、 概述

AD1672是美國adi公司最近推向市場的一種新型單片式模數轉換器(ADC)。片上含有4個高性能采樣保持放大器(sha)和4個閃爍式adc及電壓基準。它采用4級流水線結構，輸出帶有誤差修正邏輯電路，并采用bicmos工藝，從而保證在3msps采樣速度下12位精度，在整個工作溫度范圍內不失碼。由于ad1672輸入sha具有快速建立特性，所以它既適合從負滿度到正滿度電壓逐次切換多通道系統，又適合輸入頻率高達奈奎斯特速率的單通道采樣。

ad1672具有寬頻帶輸入、單電源供電、低功耗和低價格等特點，非常適用于通信、圖象處理和醫療設備新電路設計。 ad1672采用28腳plcc封裝，工作溫度范圍為-40～+85°c，其引腳排列見圖1，引腳功能說明見表1。

圖1 ad1672引腳排列

　　類型：ai―模擬輸入;di―數字輸入;p―電源; ao―模擬輸出;do―數字輸出。

　　表1 ad1672引腳功能說明

二、工作原理

ad1672采用4級流水線閃爍式(flash),又稱并行式模數轉換結構(見圖2)。

圖2 ad1672 結構框圖

　　4級閃爍式adc的分辨率分別為4，4，3和4位，其中每兩級之間重疊1位用來誤差修正。用低噪聲sha采集滿度值，單端輸入在167ns內具有12位精度。ad1672的工作過程，首先第一級閃爍式adc對輸入信號進行4位近似轉換，同時利用第1級數模轉換器(DAC)將這4位數字量轉換成對應的精確模擬量。再從第1級sha輸出的模擬量減去第1級dac產生的模擬量得到一個殘差。然后，第2級sha對這個殘差進行采樣和保持，第2級adc對此進行4位近似轉換，同樣利用第2個dac得到第2級殘差。一但第2級sha進入保持方式，第1級sha便返回到采樣方式，以采集新的輸入信號。第3級轉換與第1級和第2級類似，也由一個sha，一個adc和一個dac構成，不同之處分辨率不是4位而是3位。第4級，即最后一級轉換僅由1個4位閃爍式adc構成，完成最終殘差的模數轉換。最后在修正邏輯單元，累計4級閃爍式adc構成15位輸出，但由于在累計過程中采用了適當的誤差修正方法，使最終輸出字為12位。數字輸出連同超量程指示(otr)都被鎖存到輸出緩沖器以驅動輸出引腳。

　　由于ad1672結構的每一級都有一個附加的sha，所以允許流水線轉換。實際上這種模數轉換器是由多級輸入，同時轉換，通過串行鏈方式完成四級轉換過程。這表明，雖然這種轉換器在每個時鐘周期都具有捕獲新輸入信號的能力，但要完成全部轉換并且在輸出端呈現數字量，實際上只用2 1/2個時鐘周期。這種“流水線延遲(pipeline delay)”在許多應用中它并不引人注意，只是在有些情況下才考慮這個問題。例如，在高速反饋環路要求使用adc的一些場合，只有提供一個理想的數字輸出結果，才能對其輸入信號進行補償(例如，視頻應用中的失調校準或零點恢復)。在這種情況下，在計算環路穩定性時，必須考慮通過流水線引起的時鐘延時。另外，由于轉換器同時在3個轉換器上工作，所以在轉換過程的主要交接處(例如，電源或基準引起的大的尖峰毛刺)會使3個采樣數據變壞。最后應當說明，ad1672存在一個最小的時鐘速率，低于這個最小值，sha的頂降率會使流水線信號變壞，這個最小時鐘速率在25°c 時為20khz。通常時鐘速率選取3mhz。

　　ad1672的內部定時控制電路利用了時鐘的上升沿和下降沿。ad1672在時鐘輸入的上升沿對模擬輸入信號采樣。當時鐘處于低電平期間(處于時鐘下降沿和上升沿之間)，輸入sha處于采樣方式;當時鐘處于高電平期間，則sha處于保持方式。由于這種器件利用時鐘上升沿和下降沿定時，所以僅在時鐘上升沿，抖動才很明顯。

　　三、應用

　　1.模擬輸入

　　ad1672等效模擬輸入電路如圖3所示，其中輸入sha及其輔助電阻網絡很容易接成單極性(0～2.5v或0～5.0v)或雙極性(-2.5～+2.5v)，見圖4。ad1672標稱輸入電阻rin，對于 2.5 v輸入范圍為2kω，對于5.0v輸入范圍為4kω。

圖3 等效模擬輸入電路