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谈一谈我所了解的ADC

2022-04-08 14:00:39 来源: 半导体行业观察

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）转载自公众号芯启示，谢谢。

来自ISSCC

我们知道ADC最重要的三个指标是速度，精度和功耗。无论何种ADC，功耗当然是越低越好，同等性能下功耗越低，代表效率越高。

而速度精度则不是越高越好，而是要根据具体的应用来定。譬如心脏起搏器电路，一个很低速的ADC就能达到要求，实际设计了一个采样率为GHz的ADC，一者成本高，二者功耗也大，典型杀鸡用牛刀。

对信号进行处理存储传输等，是现代社会必备的环节，极大部分以上的工作是由数字电路来完成，所以将模拟信号转换成数字，也就成为了必须。那么可以这样说，有信号的地方，就需要集成电路，有集成电路的地方，大概率需要ADC。

可见ADC的应用是非常广泛的，下面根据精度速度的要求，ADC可以大体分成以下几类（但又不限于这几类）。

一是音频信号，它是对精度要求极高的一种应用。我们的耳朵，对于谐波失真和信噪比是非常敏感的，尤其是谐波信号，所以这类ADC的设计的SNDR至少要达到80dB以上。

一个段子是这样说的，要评价你设计的ADC好不好，可以让一个音乐家来听一下采用你的ADC的音响，如果他说没毛病，那你的ADC肯定是不错的。

再者是物联网，移动感知，生物感知等。这些包含的应用非常广泛，包括万物互联，车载芯片，生物监测等等。这一类应用涵盖的精度和速度要求很宽，但大体上来说，对精度和速度要求不高，因此很多种类的ADC都可以采用，SAR ADC是一个主要的结构。

对于中等速度，比较高的精度来说，集中在数字成像和医疗成像等应用。无线传输应用中，为了得到更小的延迟，对速度要求很高，精度可以略微的降低，譬如当下的5G以及正在发展的6G等。有线传输为了在极短时间内完成大量的数据传输，对速度要求极高。

可以看出一方面随着社会的发展，新需求不断被挖掘，对ADC性能的要求越来越高，另一方面来说，根据具体的应用需求，采用合适的结构，设计合理的指标，才会取得最高的性价比。

高精度和低功耗ADC一览

ADC设计是一个重要而又综合的设计，需要考虑诸多的因素，譬如工艺的选择，精度的要求，功耗的要求，速度的要求等等。而ADC家族又有很多种结构，所以在实际设计时，需要从设计要求和结构特点两方面入手来决定。

高精度ADC，在测量和仪器设备或者音频中有着广泛的应用，它们对信噪比和线性度有着极高的要求，如果精度不够，表现在应用时效果就会比较差。

上图是对各种的ADC的一个汇总，可见delta sigma ADC达到了最高的精度。我们知道delta sigma ADC分为连续型，离散型，增量型，适当的设计都可以达到很高的精度，而又属增量型delta sigma得到的精度最高。

流水线ADC虽然精度上比delta sigma差一点，但它能在达到比较高精度的同时，达到很高的速度，这是很大的优势。

SAR ADC一般来说的话，达到高精度或者高速度是比较困难的，但是采用了时间交织技术，仍然能达到很高的速度，以大的采样电容和高的功耗的代价，也能达到很高的精度。

图片均来自ISSCC2022

从功耗的角度，三种ADC都有各自的优势，SAR ADC在中低等精度下是能量效率最高的，流水线ADC则在中等精度下能量效率好，delta sigma ADC是在高精度下能量效率遥遥领先。需要指出的是，各种ADC之间的重叠是非常的大的，而且各种ADC混合，获得更好的综合性能也是一种趋势。

还有要说明的是，这是比较常见的ADC，当然还有各种各种的其它的架构，因为它们三个比较典型，所以进行讨论和比较。

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