9位100 MSPS流水线结构A／D转换器的设计
1．3 子ADC的设计与分析
折叠型结构有比较器数量少、芯片复杂程度低、功耗较小的特点，具有较好的发展前景。将折叠结构ADC应用于流水线(Pipeline)技术中，构成流水线折叠式ADC，则可以提高其工作速度。折叠结构ADC的比较器个数与其分辨率成线性比例关系。1个n位分辨率的折叠结构ADC仅仅需要n个比较器。这不仅减小了芯片面积，而且降低了功耗。折叠单元电路是折叠式ADC的核心模块，其数学模型及波形模型如图4所示。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/187629.htm
折叠单元电路工作原理如下；设折叠单元输入电压范围为-VR～+VR，如图4所示，输入信号同时送给跟随单元和比较器，跟随单元实现的功能是使得其输出端A，B分别跟随Vin+，Vin-中较高者和较低者；平移单元将跟随单元的输出电压进行平移，使其达到信号折叠的目的，如图4所示。其输出的电压信号Vout+，Vout-作为下一级折叠单元的输入信号。比较器输出的是格雷码数字输出，由于ADC最终要实现二进制码输出，所以还需要在后续电路中实现格雷码向二进制码的转换。
本文设计的A／D转换器电路采用2级折叠结构的子ADC，产生3位数字信号输出。2组折叠单元具有相同的结构，折叠单元接收差分模拟输入信号，产生1位输出数字信号，同时产生1对差分折叠模拟输出信号输出给下一级折叠单元。图5给出了折叠单元的结构原理，以及它的输入／输出波形。
模拟输入电压VINH，VINL驱动一对互补的射极跟随器(折叠单元)，输出一对折叠信号VXH，VXL。VXH，VXL分别跟随VINH，VINL中电压较高的一个和较低的一个，这样就完成了输入信号的折叠。信号的共模电平由平移单元调整，平移单元由平移电阻R1(R2)及跟随器Q1。(Q2)组成，最终得到输出信号VOH，VOL。VINH，VINL还通过折叠单元放大后输入预放大比较器产生格雷码数字信号，并完成格雷码二进制码转换。 A／D转换器的子ADC实现模拟信号量化为格雷码的同时，实现格雷码向二进制码的转换，所以在转换过程中模拟信号必须在格雷码被锁存之前全部被折叠单元处理完毕。这里的折叠单元都是以射极跟随器为基础构成的，所以整个折叠转化过程很快。由于折叠单元的增益为一，模拟信号通过跟随器完成折叠之后振幅减半。
2 三级流水线A／D转换器电路仿真与分析
该转换器采用Zarlink 0．6 μm双多晶互补双极工艺实现。NPN管，PNP管特性频率分别可以达到25 GHz和19 GHz，完全满足电路性能要求。并使用Cadence Spectre电路仿真软件对电路进行仿真验证。
经Spectre仿真验证，T／H电路在-40～+100℃内均能正常工作。图6是典型工艺条件下，输入信号频率为10 MHz、幅度为2 V时，采样／保持电路的输出波形。图6中，在保持阶段保持电压的变化很小，其变化量不大于70μV，故该电路完全满足9位的精度要求。
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