??? 連續(xù)時間" title="連續(xù)時間">連續(xù)時間sigma-delta(CTSD)技術(shù)是一項較為復(fù)雜的技術(shù)，從上世紀(jì)90年代初開始研發(fā)至正式投入生產(chǎn)經(jīng)歷了超過15年的時間。這些年來，CTSD技術(shù)一直是高校與業(yè)內(nèi)的熱門研究課題。從90年代初至90年代中期為止，采用CTSD技術(shù)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器" title="數(shù)字轉(zhuǎn)換器">數(shù)字轉(zhuǎn)換器只能支持低速的產(chǎn)品，例如數(shù)字音頻系統(tǒng)。直至幾年前，帶寬高達(dá)10MHz以上的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器才正式面世，例如，15MHz的型號在2003年推出，而20MHz的型號則在2006年推出。
??? 基于CTSD技術(shù)的ADC在其漫長的設(shè)計歷程中面對的挑戰(zhàn)主要有以下幾個方面：
??? · 內(nèi)置調(diào)制環(huán)路的采樣時鐘速率較高，因此需要低抖動" title="低抖動">低抖動采樣邊緣的配合。由于美國國家半導(dǎo)體" title="美國國家半導(dǎo)體">美國國家半導(dǎo)體成功開發(fā)了創(chuàng)新的電感式LC儲能電路，因此可以提供如此低抖動的采樣邊緣。此外，內(nèi)置的時鐘調(diào)整電路可為高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供必要的低抖動時鐘信號。
?? ?· 必須充分利用最先進的CMOS工藝技術(shù)，才可降低設(shè)計復(fù)雜的多級數(shù)字濾波器的生產(chǎn)成本，以及支持較高的內(nèi)部采樣率，確保輸出采樣率可以進一步提高。
?? ?· 為了可以提高數(shù)據(jù)輸出率并支持較高的分辨度，必須采用高速、可調(diào)諧、而且在任何情況下都能穩(wěn)定操作的多級SD調(diào)制器。
?? ?· 雖然采用CTSD技術(shù)之后放大器的技術(shù)要求" title="技術(shù)要求">技術(shù)要求無需那么嚴(yán)格，但結(jié)構(gòu)上仍需采用其他高精度電路。對于線路幼小、供電電壓較低的CMOS工藝來說，面對的挑戰(zhàn)會更為艱巨。
?? ?NS的技術(shù)實力加之與有關(guān)公司合作的機遇，共同推動了美國國家半導(dǎo)體(NS)率先將CTSD技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)方面。Xignal Technologies 公司一直在研究如何將CTSD技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)方面。2007年1月，NS成功并購該公司，并決定繼續(xù)加強這方面的研究。之后，NS便充分利用先進的集成電路設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)、測試和生產(chǎn)工藝等技術(shù)，終于在不足12個月內(nèi)成功推出第一款可正常操作的硅片。
?? ?15年磨一劍。2008年1月29 日，美國國家半導(dǎo)體公司終于宣布推出業(yè)界首款采用連續(xù)時間 sigma-delta(CTSD)技術(shù)的高速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC12EU050。這款8通道、12bit、50MSPS的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器屬于美國國家半導(dǎo)體PowerWise高能效芯片系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品的無混疊信號采樣帶寬高達(dá)25MHz，并且功耗比采用流水線架構(gòu)的同類競爭產(chǎn)品低一半(只有350mW)。這款芯片在低功率技術(shù)上取得新的突破，將可延長便攜式超聲波醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)用成像系統(tǒng)中電池的壽命，并降低設(shè)備的散熱量。
?? ?ADC12EU050芯片的推出意味著美國國家半導(dǎo)體成為首家成功將CTSD技術(shù)從實驗室轉(zhuǎn)移到實際生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的芯片廠商。美國國家半導(dǎo)體還計劃推出更多采用CTSD技術(shù)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，讓成像系統(tǒng)、通信設(shè)備以及測試和測量儀表等電子產(chǎn)品能夠以極低的功率發(fā)揮卓越的動態(tài)性能。連續(xù)時間架構(gòu)的優(yōu)點在于不但可以添加信號調(diào)節(jié)等信號路徑功能，而且可為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器增添濾除混疊信號的濾波功能，大幅精簡系統(tǒng)設(shè)計。
?? ?ADC12EU050芯片的創(chuàng)新CTSD架構(gòu)相比于傳統(tǒng)的流水線架構(gòu)有如下的優(yōu)勢：
?? ?· 更低功耗，作為PowerWise模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其功耗比同類競爭產(chǎn)品低30%。
?? ?· 集成濾除混疊信號的低通、磚墻式濾波器，可將頻帶外的信號濾除。
?? ?· 易于驅(qū)動，采用純電阻式輸入級，無需外加采樣及保持放大器。
?? ?· 集成鎖相環(huán)路（PLL）和壓控振蕩器（VCO），可以執(zhí)行時鐘調(diào)節(jié)功能，讓系統(tǒng)設(shè)計工程師可以采用成本經(jīng)濟的時鐘電路。
??? · 芯片內(nèi)置實時超載恢復(fù)(IOR)電路。即使輸入信號超過預(yù)設(shè)極限，也可在一個時鐘周期內(nèi)從飽和狀態(tài)下恢復(fù)過來。
?? ?ADC12EU050是一款12bit、超低功率、8進制CTSD模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它可以提供高達(dá)25MHz的無混疊信號采樣帶寬，轉(zhuǎn)換速度為40MSPS～50MSPS，信噪比及失真(SINAD)為68dB，信噪比為70dBFS。若以1.2V的供電電壓及50MSPS的采樣速度操作，這款芯片的單位通道的功耗僅為44mW，總功耗只有350mW?？删幊檀休敵鼍哂袠I(yè)界標(biāo)準(zhǔn)低電壓差分信號傳輸(LVDS)和可調(diào)節(jié)低電壓信號傳輸(SLVS)兩種模式可供選擇。由于ADC12EU050采用可編程串行輸出模式，從而可以大大簡化互連設(shè)計。ADC12EU050芯片采用68引腳的 LLP 封裝，大小只有10mm×10mm，而且可在-40℃～85℃的溫度范圍內(nèi)操作。
?? ?從圖1可以看到不同的應(yīng)用對模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器有不同的技術(shù)要求。ADC12EU050的推出并非要取代NS原來推出的各種流水線架構(gòu)ADC。事實上，由于傳統(tǒng)流水線ADC的應(yīng)用范圍很廣，CTSD ADC在短期內(nèi)也不可能取代流水線ADC。但是，它的確在一定的技術(shù)要求下，可以更好地滿足一些應(yīng)用的需要。這類應(yīng)用主要包括： 醫(yī)療超聲波掃描系統(tǒng)、其他醫(yī)療設(shè)備掃描系統(tǒng)、低中頻或零中頻通信系統(tǒng)、工業(yè)用成像及傳感系統(tǒng)。

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圖1 不同應(yīng)用對ADC有不同的技術(shù)要求