《半导体集成电路》考试题目及参考答案讲解学习

解：ADC的主要技术指标为：

（a） 分辩率：数字量变化一个最低有效位即1LSB所需要的输入模拟电压的变化量，取

决于满量程和位数。

REF

2

R 1

2 R 1

0 R 2 1

R 0

2

R 1

2 R

1 R 2 0 R 1

2 1 0 图2.2 2

1 2 图2.2 （b） 转换时间（速率）：完成一次从模拟量到数字量所需的时间，在输出端模拟电压的

变化量。

（c） 量化误差：ADC的有限分辩率阶梯状传输特性曲线与无限精度传输特性曲线之间

的最大偏差。通常为1LSB或1/2LSB。

10．试比较几中常用A/D变换器的优缺点，并指出它们在原理上各有何特点。 解：（a）全并行A/D变换器

原理：用电阻链把参考电压进行分压，产生基准电压。并把输入电压与每个基准电压进行比较而后转化为代码输出。

优点：速度最快，电路结构简单，无须采样保持电路。

缺点：面积大，功耗大，且精度有限，通常不超过8位，比较器数目多。

Vbbbbbbbbbbbb+ A - VOUT bbbbbbbbb

85

（b）两步全并行A/D变换器

原理：先判断高位的范围，转换位数字量，再将高位进行数模转换，利用减法器与原信号相减求出余量，将余量放大到满量程，进行其在高位下的范围，进行低位转换。

优点：比较器数目较少，功耗低，面积小，电容负载小，对比较器失调感度小，精度较高。

缺点：电路中存在采样保持电路，限制了速度。 （d） 流水线型A/D变换器

原理：先进行最高位转化，判断它在那个范围，而后细分，逐位进行判断。

优点：由于每级都有采样保持电路，多级可同时工作，大大提高了转换速度，精度可达15位；面积小，功耗较小。

（e） 积分型A/D变换器（双斜率积分型A/D变换器）

原理：在开始时，比较器输入为负，S2闭合，VX＝0，开关S1连在一个模拟电压VA

上，变换开始后，断开S2 ，输入信号进行指定时间积分，在此期间电压上升率为VA/R1C1.在指定时间后，计数器归零，S1接到基准电压

VREF上，计数器对脉冲计数，当积分器输

出电压到零时计数停止，变换结束。

优点：结构简单，精度最高，可达22位，积分利用两个时间的比值。可以消除大部分线性误差。

缺点：速度慢，对线性误差敏感，且较难产生基准斜坡电压产生电路。 （f） 逐次逼近式A/D变换器

原理：变换开始前，逐次逼近寄存器清零。变换时先将1加到保持寄存器最高位，其他位仍为零，然后将高位1经D/A转化后与输入模拟信号比较VA，如果小于VA,比较器输出状态改变为1并保持，否则为0；这样依次从高位到低位逐位试探，直到N位全部试探完。

优点：结构简单，面积小，精度较高，功耗低。 缺点：算法需N个时钟周期才能完成，速度慢。 （g）∑－△ADC

原理：Σ-Δ调制器以远大于奈奎斯特频率的采样率对模拟信号进行采样和量化，输出一位的数字位流 ;数字滤波器滤除大部分经Σ-Δ调制器整形后的量化噪声，并对一位的数据位流进行减取样，得到最终的量化结果。

优点：具有较高的转换精度和性价比，且使用方便。串行接口输出、外围器件少,低功耗 缺点：转换速率低（一般不超过5000sps）

11．一个4位逐次逼近型A/D变换器，若满量程电压为5V，请画出输入电压为2.8V时的判决图。

解：其判别图如图所示： 其中 1000

VFS＝5V由图可以看出，当输入电压为2.8V时，输出为1001。

1100 1010 1001 1001 86