9位100 MSPS流水線結(jié)構(gòu)A／D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

折疊單元電路工作原理如下；設(shè)折疊單元輸入電壓范圍為-VR～+VR，如圖4所示，輸入信號(hào)同時(shí)送給跟隨單元和比較器，跟隨單元實(shí)現(xiàn)的功能是使得其輸出端A，B分別跟隨Vin+，Vin-中較高者和較低者；平移單元將跟隨單元的輸出電壓進(jìn)行平移，使其達(dá)到信號(hào)折疊的目的，如圖4所示。其輸出的電壓信號(hào)Vout+，Vout-作為下一級(jí)折疊單元的輸入信號(hào)。比較器輸出的是格雷碼數(shù)字輸出，由于ADC最終要實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制碼輸出，所以還需要在后續(xù)電路中實(shí)現(xiàn)格雷碼向二進(jìn)制碼的轉(zhuǎn)換。
本文設(shè)計(jì)的A／D轉(zhuǎn)換器電路采用2級(jí)折疊結(jié)構(gòu)的子ADC，產(chǎn)生3位數(shù)字信號(hào)輸出。2組折疊單元具有相同的結(jié)構(gòu)，折疊單元接收差分模擬輸入信號(hào)，產(chǎn)生1位輸出數(shù)字信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生1對(duì)差分折疊模擬輸出信號(hào)輸出給下一級(jí)折疊單元。圖5給出了折疊單元的結(jié)構(gòu)原理，以及它的輸入／輸出波形。

模擬輸入電壓VINH，VINL驅(qū)動(dòng)一對(duì)互補(bǔ)的射極跟隨器(折疊單元)，輸出一對(duì)折疊信號(hào)VXH，VXL。VXH，VXL分別跟隨VINH，VINL中電壓較高的一個(gè)和較低的一個(gè)，這樣就完成了輸入信號(hào)的折疊。信號(hào)的共模電平由平移單元調(diào)整，平移單元由平移電阻R1(R2)及跟隨器Q1。(Q2)組成，最終得到輸出信號(hào)VOH，VOL。VINH，VINL還通過折疊單元放大后輸入預(yù)放大比較器產(chǎn)生格雷碼數(shù)字信號(hào)，并完成格雷碼二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換。 A／D轉(zhuǎn)換器的子ADC實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)量化為格雷碼的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)格雷碼向二進(jìn)制碼的轉(zhuǎn)換，所以在轉(zhuǎn)換過程中模擬信號(hào)必須在格雷碼被鎖存之前全部被折疊單元處理完畢。這里的折疊單元都是以射極跟隨器為基礎(chǔ)構(gòu)成的，所以整個(gè)折疊轉(zhuǎn)化過程很快。由于折疊單元的增益為一，模擬信號(hào)通過跟隨器完成折疊之后振幅減半。

2 三級(jí)流水線A／D轉(zhuǎn)換器電路仿真與分析
該轉(zhuǎn)換器采用Zarlink 0．6 μm雙多晶互補(bǔ)雙極工藝實(shí)現(xiàn)。NPN管，PNP管特性頻率分別可以達(dá)到25 GHz和19 GHz，完全滿足電路性能要求。并使用Cadence Spectre電路仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
經(jīng)Spectre仿真驗(yàn)證，T／H電路在-40～+100℃內(nèi)均能正常工作。圖6是典型工藝條件下，輸入信號(hào)頻率為10 MHz、幅度為2 V時(shí)，采樣／保持電路的輸出波形。圖6中，在保持階段保持電壓的變化很小，其變化量不大于70μV，故該電路完全滿足9位的精度要求。