一種DC/DC變換器中差分延遲線ADC的實(shí)現(xiàn)

3 差分延遲線ADC

　　3.1 差分延遲線ADC結(jié)構(gòu)分析

　　延遲線ADC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小，但易受工藝和溫度環(huán)境影響，且采樣信號(hào)需外部產(chǎn)生，增加了電路的復(fù)雜性，而且采樣信號(hào)的延遲大小會(huì)影響ADC量化電平的大小，使得系統(tǒng)輸出不易穩(wěn)定。

　　差分延遲線結(jié)構(gòu)是對(duì)延遲線結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)，結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。差分延遲線ADC由兩條全同的延遲鏈組成，主延遲鏈(Primary delay-line)和參考延遲鏈(Reference delay-line)。參考延遲鏈可經(jīng)主延遲鏈復(fù)制而來(lái)。兩條差分延遲鏈共用一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)AD_Start，使兩條延遲鏈的工作狀態(tài)完全相同。差分延遲鏈的兩個(gè)輸入分別是采樣電壓Vsense和基準(zhǔn)。

　　電壓Vref，Vsense須小于Vref，根據(jù)電壓越大延遲越小的原理，參考延遲鏈先于主延遲鏈傳播完，將與主延遲鏈相連的D觸發(fā)器打開(kāi)，對(duì)主延遲鏈上的Vsense進(jìn)行采樣。這樣就實(shí)現(xiàn)了將采樣電壓與基準(zhǔn)電壓作比較，再通過(guò)譯碼電路得到系統(tǒng)需要的數(shù)字誤差信號(hào)。

　　差分延遲線ADC的控制信號(hào)在內(nèi)部產(chǎn)生，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。采用差分形式輸入，使得采樣電壓和基準(zhǔn)電壓同時(shí)受到溫度和工藝偏差的影響，減少主延遲鏈的延時(shí)偏差。

　　3.2 差分延遲線ADC建模

　　設(shè)延遲鏈中的延遲單元個(gè)數(shù)為N，延遲時(shí)間td是VDD的函數(shù)：td=td(VDD)，則有

　　即轉(zhuǎn)換時(shí)間Tc是分辨率Vq，延遲時(shí)間td以及延遲函數(shù)的斜率的函數(shù)。

　　圖6為0.13μm CMOS工藝下單個(gè)延遲單元與VDD的關(guān)系曲線。

　　4 設(shè)計(jì)方法和仿真結(jié)果

　　延遲單元對(duì)精度要求較高，采用全定制設(shè)計(jì)，而譯碼電路對(duì)精度要求較低，采用基于標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)單元設(shè)計(jì)，整體電路使用Hsim進(jìn)行數(shù)模混合仿真。

　　設(shè)計(jì)時(shí)，基準(zhǔn)電壓為1.5V，工作頻率是1.5MHz，輸入電壓從0.7～1.5V線性上升，輸出為譯碼后的結(jié)果，即6位數(shù)字信號(hào)e。Vsense每增加或減少12.5mV，e增加或減少“1”，但e的最大值是63。圖7為0.13μm CMOS工藝下差分延遲線ADC的輸入輸出曲線，可以看出，差分延遲線ADC的輸出沒(méi)有明顯偏移，零輸入對(duì)應(yīng)零輸出，線性度良好。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　該差分延遲線ADC電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要外部電路產(chǎn)生控制信號(hào)，可抵消部分工藝偏差。該ADC轉(zhuǎn)換速率很快，功耗低，適合應(yīng)用在高頻數(shù)字DC/DC變換器中。