兩類(lèi)高速ADC之間選擇：有緩沖和無(wú)緩沖

“有緩沖”或“無(wú)緩沖”

考慮輸入阻抗的影響時(shí)，設計人員一般可以在兩類(lèi)高速ADC之間選擇：有緩沖和無(wú)緩沖(即采用開(kāi)關(guān)電容)。雖然有許多不同的轉換器拓撲結構可供選擇，但本文討論的應用僅涉及流水線(xiàn)架構。

常用的CMOS開(kāi)關(guān)電容ADC無(wú)內部輸入緩沖器。因此，其功耗遠低于緩沖型ADC。外部前端直接連接到ADC的內部開(kāi)關(guān)電容采樣保持(SHA)電路，這帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題。

第一，當ADC在采樣與保持兩種模式之間切換時(shí)，其輸入阻抗會(huì )隨頻率和模式而變化。第二，來(lái)自?xún)炔坎蓸与娙莺途W(wǎng)絡(luò )的電荷注入會(huì )將少量信號(與高頻成分混合，如圖1所示)反射回前端電路和輸入信號，這可能導致與轉換器模擬輸入端相連的元件(有源或無(wú)源)發(fā)生建立(settling)錯誤。

圖1：此圖反映了內部采樣電容的時(shí)域電荷注入(單端)與頻域電荷注入的對比關(guān)系。

通常，當頻率較低時(shí)(《100MHz)，這類(lèi)轉換器的輸入阻抗非常高(數千Ω左右);當頻率高于200MHz時(shí)，差分輸入阻抗跌落至大約200Ω。輸入阻抗的虛部(即容性部分)也是如此，低頻時(shí)的容抗相當高，高頻時(shí)逐漸變小到大約1-2pF。“匹配”這種輸入結構是個(gè)極具挑戰性的設計問(wèn)題，特別是當頻率高于100MHz時(shí)。

輸入端采用差分結構很重要，尤其是對于頻域設計。差分前端設計能夠更好地對電荷注入進(jìn)行共模抑制，并且有助于設計。

采用帶輸入緩沖的轉換器更便于設計。但不利的一面是這類(lèi)轉換器的功耗更高，因為緩沖器必須設計得具有高線(xiàn)性和低噪聲特性。輸入阻抗通常規定為固定的差分R||C阻抗。它由一個(gè)晶體管級進(jìn)行緩沖，該級以低阻抗驅動(dòng)轉換過(guò)程，因此顯著(zhù)減小了電荷注入尖峰和開(kāi)關(guān)瞬變。

與開(kāi)關(guān)電容型ADC不同，輸入終端在轉換過(guò)程的采樣和保持階段幾乎無(wú)變化。因此，相比于無(wú)緩沖型ADC，其驅動(dòng)電路的設計容易得多。圖2為緩沖型和無(wú)緩沖型ADC的內部采樣保持電路的結構簡(jiǎn)圖。

圖2： 所示是無(wú)緩沖(a)和有緩沖(b)高速流水線(xiàn)ADC采樣和保持電路的比較。

轉換器的選擇可能很難，但如今的大部分設計都力求更低功耗，因此設計人員往往采用無(wú)緩沖型轉換器。如果線(xiàn)性指標比功耗更重要，則通常選用緩沖型轉換器。應當注意，無(wú)論選擇何種轉換器，應用的頻率越高，則前端設計就越困難。單靠選擇緩沖型轉換器并不能解決所有問(wèn)題。不過(guò)在某些情況下，它可能會(huì )降低設計復雜性。

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