 毕竟作者君自从硕士毕业之后，就没再做过ADC和DAC啦，但是学姐的很多同学们都有在做ADC和DAC的，自认为是一个很重要的方向和模块，也是一个很有意思的方向。说实话，如果有机会，我是很愿意继续做ADC或者DAC的。关于SAR ADC，首先给大家讲个小插曲，硕士毕业秋招那年，我在自己简历上写上了自己在实验室做的一个SAR ADC的经历。其中一个是研一时候做的一个课题作业，这个很简单，特别基础的设计和仿真，不涉及深入的ADC指标的仿真。还有一个就是研三的时候临近秋招的那段时间做的，那时候刚开始做，指标的自认为是有点挑战性的，做了没多久，由于时间原因和导师商量不做了全身心准备秋招，但是很自信的写上了这个经历。在面试一家模拟公司的提前批秋招的时候，可能面试官就很拿手SAR ADC，上去就问了我很多关于SAR ADC的问题，还有点偏工程经验的那种，自然我是没有SAR ADC的流片和工程经验的，然后就给面试官留下了一个不好的印象，自然最后也没通过面试哈哈哈哈，自从面了这家公司，我就把简历上关于SAR ADC的经历给删除了。工作之后，慢慢积累电路设计的经验，发现SAR ADC是一个很强大的系统电路，不是那么简单的，比如还需要算法的支撑，感叹当年自己的年少无知和自信哈哈哈哈。硕士期间呢做DAC还是比较多的，当年拿着《Data Converters》一直看，貌似看懂了，一上手cadence仿真发现怎么就不对呢，电路这东西是需要不断地仿真和积累经验，如果没有任何人的指导，是很难有效的学到电路的精髓的，好在当年有老师和学长学姐的帮助，会少走很多弯路。工作之后发现，理论很重要，但是工程经验更重要，有时候理论行得通，但是工程阶段就会跑不通，芯片流片回来就很可能是块砖头。所以工作之后的流片的工程经验很重要，是一个常年积累的过程，在职场能碰到一个资深经验的工程师，是一件很幸福的事情。话不多说，跟着学姐来简单复习一下ADC吧！ADC定义 将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC，Analog to Digital Converter），A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，采样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。 即ADC一般要经过采样、量化和编码这三步，英文 Sampling、Quantization、Coding. · Sampling:采样电路把连续时间信号转换成其采样数据的等效。理想情况，采样电路产生一个单位冲激函数的序列，如下图表示。 采样又分为欠采样和过采样，采样频率高于信号最高频率的两倍，这种采样被称为过采样；采样频率低于信号最高频率的两倍，这种采样被称为欠采样。  连续时间信号（左） 采样数据表示（右） · Quantization：量化指的是将采样数据信号转换成离散的电平，量化电路将输入信号的连续的幅度值编程一个数值，该数值表示该输入信号处在哪个量化间隔，量化必定引入量化误差，因为数值不是幅度的百分百等价。量化误差用量化噪声表征，量化噪声是数据转换器的基本限制。另一个不可避免的限制是KT/C噪声，它存在于所有的采样数据系统中。 · Coding：将量化得到的数值进行编码，是ADC的最后一步。编码有很多方案，总体分为二进制和温度计编码，两者具体又细分很多种，详见教材介绍。 DATA CONVERTERS SPECIFICATIONS 转换器的指标分为静态参数和动态参数。 静态参数指标：INL（积分非线性）、DNL（微分非线性）、offset（失调）、gain error（增益误差）、单调性等等（不再赘述）； 动态参数指标：SNR（信噪比）、SDNR（信噪失真比）、DR（冬天范围）、ENOB（有效位数）、HD（谐波失真）、SFDR等等； ADC分类 ADC的结构分为好多种，但是其转换步骤都是离不开采样、量化、编码，如下图：  其中，抗混叠滤波器的作用是把信号频率大于1/2采样频率的部分去除，避免发生信号混叠。 ADC分为以下几大类： FULL-FLASH CONVERTERS（全闪型ADC）：之所以叫flash，是因为全闪型ADC速度极快，仅在一个时钟周期就可以迅速（像闪电一样）得到转换结果，所有比较器并行工作，速度可达到ns级。但是缺点是精度低，精度和速度永远是一个trade off的关系。一般全闪型ADC精度不高于8bit，速度可做到500Msps。但是随着工艺的进步，速度和精度也在突破。 TWO-STEP CONVERTERS（两步型ADC）：即分段ADC，适合大于8bit精度的ADC设计。首先进行Mbit的转换，再进行剩余Nbit的转换。 PIPELINE CONVERTERS（流水线型ADC）：采用级联的结构，每级执行顺序算法。流水线ADC与两步式ADC的区别就是:两步式ADC第一步量化完成,接着第二步量化,两步都完成后才进行下一次的采样;流水线ADC是第一级量化完,接着第二级量化，这时第一级可以进行下一个采样和转换。流水线ADC是速度和精度都比较中等水平的一种结构的ADC。 Integrating Converter（积分型ADC）：典型代表是单斜率和双斜率ADC，精度可以做很高，速度慢，属于慢速ADC，且可做到极低功耗，n位的ADC完成一次转换需要2n个时钟周期+几个采样周期。 SUCCESSIVE APPROXIMATION CONVERTER（逐次逼近型ADC）：SAR AD是微秒级属中速ADC，工艺的提升对于速度的提高影响很大，因为单位电容可以做很小。速度和精度可以做很好的折中。SAR ADC是学术界研究最多，论文发表最广泛的一种结构。利用逐次逼近算法，通过前面已确定的有效位来确定下一个有效位。其实，生活中逐次逼近算法被应用在各个领域。是一种广泛使用的算法。 sigma-delta ADC（过采样ADC）：以上5种结构的ADC都属于奈奎斯特采用ADC。sigma-delta属于过采样型。可做到极高精度，比如24bit，但是速度慢。过采样ADC由于信号带宽远低于采样频率，可以利用数字技术将信号带外噪声去除，因此精度可以做得很高，还有一个优点就是，信号带宽远低于采样频率，抗混叠滤波器要求低，好做下降坡度不用很陡也能将大于1/2的采样频率的信号滤掉。奈奎斯特采样，由于信号带宽接近1/2采样频率，抗混叠滤波器需要做的很陡直。 小结 ADC和ADC是一门多学问的学科，不是一个独立存在的模块，大家有时间可以细细咀嚼。 |
