1 電路設(shè)計技術(shù)在A/D 轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計中, 最通用的基本設(shè)計技術(shù)是計數(shù)式(又稱斜坡式)電路結(jié)構(gòu)、 逐次比較(SAR )電路結(jié)構(gòu)、 閃爍(F lash)電路結(jié)構(gòu)(常稱為全并行結(jié)構(gòu))。其中計數(shù)式電路結(jié)構(gòu)的A/D 轉(zhuǎn)換器的速度最慢, 但電路結(jié)構(gòu)簡單, 它只用一個比較器, 適用于轉(zhuǎn)換速度要求不高的應(yīng)用。F lash 電路結(jié)構(gòu)的A/D轉(zhuǎn)換器的速度最快, 但電路結(jié)構(gòu)最復(fù)雜, 它需用 2n- 1 個比較器, 適用于 9 位分辨率以下的高速A/D 轉(zhuǎn)換器設(shè)計, 其采樣率可高達500MHz 以上, 滿功率輸入帶寬可大于 300MHz。SAR 結(jié)構(gòu)A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度高于計數(shù)式A/D 轉(zhuǎn)換器, 但又低于f lash A/D轉(zhuǎn)換器, 其電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性適中, 是采樣率在 1MHz 以內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器應(yīng)用最多、 最普遍的一種電路設(shè)計結(jié)構(gòu)。積分型電路結(jié)構(gòu)是一種特殊類型的電路設(shè)計, 這種結(jié)構(gòu)又分為單斜率式、 雙斜率式和四斜率式。 這種結(jié)構(gòu)主要用于非常低的頻率和近似直流信號的場合, 如數(shù)字電壓表。

　　近年來, 對高速A/D 轉(zhuǎn)換器的研究最為活躍, 在基本的 Falsh 電路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了一些改進結(jié)構(gòu), 如分區(qū)式或分級(Sub2ranging )電路結(jié)構(gòu)(又稱為 half2 f lash 結(jié)構(gòu)、或 P i pelined、 或M u lt istage 結(jié)構(gòu)、 或M u lt i2step 結(jié)構(gòu))。實際上, 它們是由多個F lash 電路結(jié)構(gòu)與其它功能電路不同形式的組合而成的電路結(jié)構(gòu), 可彌補基本 f lash 電路結(jié)構(gòu)的缺陷, 是實現(xiàn)高速、 高分辨率A/D 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)良電路設(shè)計技術(shù)。這種結(jié)構(gòu)在逐步取代歷史悠久的SAR 和積分型結(jié)構(gòu)。 另外還有一類每級一位(b it2 per2stage)電路結(jié)構(gòu), 在它的基礎(chǔ)上進一步改進, 得到一種稱為Fo lding (折疊式) 的電路結(jié)構(gòu) (又稱為M ag Amp s 結(jié)構(gòu)) , 這是一種 Gray 碼串行輸出結(jié)構(gòu)。這些電路設(shè)計技術(shù)為高速、 高分辨率的高性能A/D 轉(zhuǎn)換器的發(fā)展起到了積極的推動作用。

　　另外, 高分辨率A/D 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計中, 2 2$ 電路結(jié)構(gòu)是目前很流行的一種電路設(shè)計技術(shù)。這種電路結(jié)構(gòu)不僅在高分辨率低速或中速A/D 轉(zhuǎn)換器方面將逐步取代SAR和積分型電路結(jié)構(gòu), 而且這種結(jié)構(gòu)同流水線結(jié)構(gòu)相結(jié)合, 有望實現(xiàn)高分辨率、 高速A/D轉(zhuǎn)換器。

　　在D/A 轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)方面, 主要有線性組合式D/A 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)、 R22R D/A 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)、 乘法型D/A 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)及電流加權(quán)D/A 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)是早已成熟的結(jié)構(gòu), 近些年在D/A 轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)方面沒有太大的變化, 而且對D/A 轉(zhuǎn)換器的研究報告也相對較少。

　　2　工藝技術(shù)單片集成電路的工藝技術(shù)主要有雙極工藝、 CMO S 工藝以及雙極和CMO S 相結(jié)合的B iCMO S 工藝。其中雙極工藝是線性集成電路的主流制作工藝, CMO S 工藝是數(shù)字集成電路的主流制作工藝, 而B iCMO S 工藝是否是具有線性和數(shù)字混合信號處理的A/D 轉(zhuǎn)換器的主流制作工藝呢?至少目前還不是。 因為采用雙極、 CMO S 和B iCMO S 工藝的一些水平較高的的A/D 轉(zhuǎn)換器制作廠家分別制作出了性能優(yōu)良的A/D 轉(zhuǎn)換器。另外, 在微細加工尺寸方面, 雖然已有一些半亞微米或亞半微米的A/D 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品出現(xiàn), 但是大多數(shù)高性能產(chǎn)品的微細加工技術(shù)仍處在 1 L m上下的水平。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的性能水平不單是與工藝水平有關(guān), 更重要的是它還與電路設(shè)計技術(shù)密切相關(guān)。先進的電路設(shè)計常?？梢栽谙嘟墓に囁较芦@得性能水平更先進的產(chǎn)品。因此, 由于電路設(shè)計者的努力, 這幾種工藝技術(shù)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的制作中至今尚未分出高低。

　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器品種繁多, 技術(shù)不盡相同, 下面以A/D 轉(zhuǎn)換器為例, 從不同角度簡述其發(fā)展動態(tài)。

　　1　通用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

　　全面表征A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)多達數(shù)十項甚至上百項。制造廠家常常針對專門的應(yīng)用對象側(cè)重于滿足少數(shù)主要參數(shù)要求去設(shè)計和制作。所以,A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器曾是典型的專用模擬集成電路。隨著設(shè)計技術(shù)不斷改進和工藝技術(shù)的發(fā)展, 一些先進制作廠家的產(chǎn)品也不斷擴大應(yīng)用。

　　隨著CMO S 技術(shù)在通用轉(zhuǎn)換器中的廣泛應(yīng)用, 使多數(shù)通用轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)增加了帶校正功能的開關(guān)電容、 SAR、 S/H 電路、 模擬多路開關(guān)等功能電路。因而, 這種器件實質(zhì)上已成為一種子系統(tǒng), 功能日臻完善,且有差分輸入、低功耗、小尺寸 8 引出端SO IC, 甚至更小的封裝, 使用方便, 價格低廉, 比混合和模塊型產(chǎn)品更具優(yōu)勢, 面世不久便很快占領(lǐng)了整個低功耗轉(zhuǎn)換器市場。

　　2　高分辨率高速轉(zhuǎn)換器

　　隨著傳感器和微處理器的數(shù)據(jù)處理及管理能力的提高,A/D 轉(zhuǎn)換器已成為傳感器和微處理器之間的薄弱環(huán)節(jié), 對高速高分辨率A/D 轉(zhuǎn)換器的需求日益增長。這種需求最初來源于軍事系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域, 不久以后, 在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域也提出同樣要求, 因而迅速推動著高速高分辨率A/D 轉(zhuǎn)換器的發(fā)展。 單片形式的50～ 500MHz 6～ 8 位F lash A/D 轉(zhuǎn)換器上市后, 很快引起了用戶對 10～ 16 位 2～ 3MHz 以上速度的A/D 轉(zhuǎn)換器的需求。

　　3　低功耗轉(zhuǎn)換器

　　現(xiàn)代電子系統(tǒng), 特別是航空航天以及袖珍和便攜式電子設(shè)備均要求所用電子器件要進一步降低功耗, 這對采樣率在 1MHz 以上的高速轉(zhuǎn)換器而言, 意味著要在更小的功率下以更快的速度完成信號轉(zhuǎn)換工作, 即高效率地工作。功耗、 速度、 分辨率等綜合性能的實現(xiàn)給轉(zhuǎn)換器的制作者帶來新的技術(shù)課題,也對尋求如何評價轉(zhuǎn)換器的水平提出迫切需求。

　　近年來, 轉(zhuǎn)換器的主要目標(biāo)是醫(yī)療(超聲、 成像)、 通訊、 掃描及其它成像應(yīng)用。這些應(yīng)用至少需要 10 至 14 位分辨率、 5 至 40MHz 采樣率、 功耗盡可能低的轉(zhuǎn)換器, 以便適用于電池供電的袖珍式, 或諸如桌上掃描儀、 專業(yè)電視攝像機之類的便攜式設(shè)備。

　　4　多路A/D 轉(zhuǎn)換器

　　許多現(xiàn)代化電子系統(tǒng)在工作過程中需要同時采集多路輸入信號, 因而促進了多路A/D 轉(zhuǎn)換器的快速發(fā)展。 目前, 多路信號輸入的轉(zhuǎn)換器已發(fā)展到同單路輸入的轉(zhuǎn)換器一樣,可實現(xiàn)高速、 低功耗、 低價格和小型封裝, 并已逐步成為通用器件。

　　5　其他轉(zhuǎn)換器

　　新一代先進的電子戰(zhàn)、 雷達和通訊電子系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo), 將需要 16 位 100～ 200MHz 及 8～ 10 位 10 GHz 的高性能A/D 轉(zhuǎn)換器。雖然以硅為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換器性能得到了極大提高, 但其發(fā)展速度仍趕不上應(yīng)用需求,因而在深入研究硅技術(shù)的同時還對其他新材料、 新技術(shù)轉(zhuǎn)換器進行了廣泛探索, 如以硅為基礎(chǔ)的SiGe 異質(zhì)結(jié)技術(shù)、 GaA s 技術(shù)和其它化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)技術(shù)以及光學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)。