提出了一種開關電容流水線結構A/D轉換器(ADC)的速度分析方法。流水線結構ADC的速度取決于其級電路中開關電容反饋放大器的建立速度。根據(jù)流水線結構的特點，推導出輸入等效階躍電壓的計算公式。將建立過程劃分為大信號和小信號工作區(qū)，分別用不同的跨導運放(OTA)模型進行分析，得出了OTA指標、采樣電容值等電路參數(shù)與建立時間之間的關系式。通過對一個10 bit流水線結構ADC的MATLAB進行仿真，驗證了所提出的分析方法和得到的關系式的有效性。
關 鍵 詞 模數(shù)轉換器; 流水線; 開關電容; 建立時間

對于CMOS流水線結構A/D轉換器(ADC)來講，開關電容流水線結構是一種合適的選擇。ADC的轉換速度取決于其中反饋放大器的建立速度，因此在設計流水線結構ADC時，對于給定的運算放大器指標，如何估算可實現(xiàn)的ADC轉換速度，或者對于給定的流水線結構ADC性能要求，如何設計合適的運算放大器指標、采樣電容值等電路參數(shù)是一個很重要的問題。
為了分析建立時間，可將工作在小信號工作狀態(tài)的運放簡化為單極點或二極點模型，相應的反饋放大器的建立過程可簡化為一階或二階閉環(huán)反饋系統(tǒng)的階躍響應過程[1-2]。而對于大信號工作狀態(tài)時等效階躍輸入情況下(如Δ?Σ調制器中的開關電容積分器)，建立過程可被劃分為大信號工作區(qū)和小信號工作區(qū)分別進行分析。在大信號工作區(qū)，運放被簡化為一個電流源，而在小信號工作區(qū)，則被簡化為一個單極點模型[3]。本文針對流水線結構ADC中開關電容電路的工作特點，提出了一種流水線結構A/D轉換器的速度分析方法。

等效階躍電壓
圖1為流水線結構中典型的采樣/保持/DAC/減法/增益模塊(MDAC)開關電容電路實現(xiàn)(為簡單起見，僅分析單端配置的情況)，其中C1,C2,…,CM為采樣電容，CF為反饋電容，Cp為運放負輸入端所見的寄生電容，CCM為運放的共模反饋電容，Cn為后級采樣電容和反饋電容之和。在采樣相ΦS，輸入信號Vin被采樣到C1,C2,…,CM和CF上；在放大相ΦF，C1,C2,…,CM在本級ADC(sub-ADC)輸出的控制下接到參考電壓VR、0或?VR，且CF的右極板從Vin切換到運放輸出端，此時MDAC構成一個開關電容反饋放大器。