也是一個平常的工作日，和同事就PipelinedADC中的MDAC電路拉了幾句家常。他說：“你看，這個1.5bit結(jié)構(gòu)的MDAC電路，一堆的開關(guān)加電容，看起來似乎很復(fù)雜，但如果推導(dǎo)出它的傳遞函數(shù)，會發(fā)現(xiàn)只是一條簡單的數(shù)學(xué)公式，其傳輸曲線也很簡潔明了。所以，很多電路本質(zhì)上還是數(shù)學(xué)，只不過是用電路的形式實(shí)現(xiàn)而已。”

我覺得，這算是一個老工程人的中肯的見解，很是讓人信服（心里默默點(diǎn)個贊）。

圖1：MDAC原理框圖

MDAC 電路一般由開關(guān)電容電路來實(shí)現(xiàn)，和 S/H 類似，它在兩相非交疊時鐘 控制下工作，工作階段分為兩個階段：采樣階段和放大階段。

圖2給出了 1.5 位結(jié)構(gòu) MDAC的電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中電容 CS和 CF容值相同。時鐘 Φ1 和Φ2為兩相非交疊時鐘。

圖2：1.5bitMDAC電路結(jié)構(gòu)

圖3：1.5位MDAC工作原理(a)采樣階段(b)放大階段

MDAC 電路工作過程如下：假定時鐘為高的時候有效。在采樣相，連接關(guān)系如圖3(a)。兩個電容對輸入信號 Vin進(jìn)行采樣，運(yùn)放此時處于復(fù)位狀態(tài)。采樣結(jié)束時刻，Vx節(jié)點(diǎn)存儲的總電荷量為：

在放大階段, 電路處于閉環(huán)狀態(tài), 連接關(guān)系如圖3b所示。CS電容的一端接S0*Vref , 它的值可以為Vref、0、-Vref , 由本級sub-ADC輸出決定, 在放大相, 節(jié)點(diǎn)上的總電荷為：

根據(jù)電荷守恒，可得出MDAC的最終輸出為：

因?yàn)镃S=CF,S0根據(jù)Sub-ADC結(jié)果不同可為+1、0、-1。因此上式可以寫成如下分段形式：

MDAC的輸出也稱為余量電壓。式(3)所示的余量會被傳輸?shù)较乱患壛魉€級進(jìn)行繼續(xù)量化，直到最后一級的Flash級，完成所有的量化，輸出N位數(shù)字碼。從式(4)可以得到1.5位流水線級的傳輸曲線，如圖4所示。其中±VREF/4是sub-ADC中比較器陣列的參考電平，S0為-1、0、1分別對應(yīng)著數(shù)字輸出00、01、10。有效位數(shù)為1位，另外一位為冗余位，和后級流水線級的數(shù)字輸出碼進(jìn)行錯位相加，消除比較器的失調(diào)帶來的誤差。因此這樣的結(jié)構(gòu)，被稱為1.5位流水線級結(jié)構(gòu)。

圖4：1.5位MDAC傳輸曲線

審核編輯：黃飛