我們知道，一個(gè)處在系統(tǒng)中的組件，總會(huì)有一些指標(biāo)是需要滿足的。自然，pipelinedADC中的OP也要滿足一定的增益和帶寬指標(biāo)。

PipelinedADC中的OP主要分布在S/H電路和MDAC電路中。單就運(yùn)放指標(biāo)計(jì)算而言，無論是S/H還是MDAC，都可以作為同一類問題處理——即運(yùn)放閉環(huán)系統(tǒng)的性能問題。運(yùn)放有限增益導(dǎo)致即使時(shí)間足夠長(zhǎng)，輸出仍然存在一個(gè)直流誤差；運(yùn)放的有限帶寬導(dǎo)致在限定的時(shí)間窗口期內(nèi)，輸出并不能實(shí)現(xiàn)100%精度的建立。要使誤差在系統(tǒng)允許范圍內(nèi)，運(yùn)放的增益和帶寬必須要達(dá)到一定限值以上。

圖：ADC架構(gòu)圖

在計(jì)算之前，我們有必要先了解一下ADC的架構(gòu)，這對(duì)理解計(jì)算過程是有幫助的。我們看上圖，它由S/H電路、1~M個(gè)流水級(jí)和一個(gè)FlashADC組成。圖中G表示每個(gè)流水極放大相時(shí)的閉環(huán)增益。對(duì)于1.5bit結(jié)構(gòu)，G=2。

OP增益指標(biāo)的計(jì)算

假設(shè)運(yùn)放的增益為A，且暫不考慮寄生電容Cp的影響， MDAC閉環(huán)時(shí)的反饋系數(shù)為β，由于運(yùn)放帶來的有限開環(huán)增益誤差， 可以證明輸出電壓表達(dá)式為：

公式（1）

公式（2）

其中， 是Vout，ideal是理想的輸出電壓如下（具體參考：如何推導(dǎo)一個(gè)1.5位MDAC的輸出函數(shù)？）：

公式（3）

因此， 增益誤差為：

公式（4）

接下來我們將這個(gè)誤差量折算到ADC的最前端，折算的方法是將該誤差除以前向增益。根據(jù)前文的ADC架構(gòu)圖，設(shè)當(dāng)前級(jí)為第i個(gè)流水級(jí)（i=1~M），折算到輸入端的誤差為：

公式（5）

從MDAC傳輸曲線可看出，其最大輸出擺幅是（3/4）*VFS（具體參考：如何推導(dǎo)一個(gè)1.5位MDAC的輸出函數(shù)？）。計(jì)算時(shí)我們按VFS進(jìn)行，則上述最大增益誤差應(yīng)該小于整體精度的1/2。則有：

公式（6）

推出：

公式（7）

根據(jù)上式，假設(shè)一個(gè)9bit的ADC，我們嘗試計(jì)算，結(jié)果如下表所示：

注意：

β值受Cp的影響，實(shí)際會(huì)小于1/2。因此考慮Cp影響后，因此實(shí)際要比表中的計(jì)算值更大。可以證明，只需要用代替上述公式中的β就可以得到考慮寄生后的表達(dá)式。

公式7也適用于S/H電路中OP的計(jì)算，但要取β=1，i=0。

審核編輯：黃飛