提出了一種開關電容流水線結構A/D轉換器(ADC)的速度分析方法。流水線結構ADC的速度取決于其級電路中開關電容反饋放大器的建立速度。根據流水線結構的特點，推導出輸入等效階躍電壓的計算公式。將建立過程劃分為大信號和小信號工作區，分別用不同的跨導運放(OTA)模型進行分析，得出了OTA指標、采樣電容值等電路參數與建立時間之間的關系式。通過對一個10 bit流水線結構ADC的MATLAB進行仿真，驗證了所提出的分析方法和得到的關系式的有效性。
關 鍵 詞 模數轉換器; 流水線; 開關電容; 建立時間

對于CMOS流水線結構A/D轉換器(ADC)來講，開關電容流水線結構是一種合適的選擇。ADC的轉換速度取決于其中反饋放大器的建立速度，因此在設計流水線結構ADC時，對于給定的運算放大器指標，如何估算可實現的ADC轉換速度，或者對于給定的流水線結構ADC性能要求，如何設計合適的運算放大器指標、采樣電容值等電路參數是一個很重要的問題。
為了分析建立時間，可將工作在小信號工作狀態的運放簡化為單極點或二極點模型，相應的反饋放大器的建立過程可簡化為一階或二階閉環反饋系統的階躍響應過程[1-2]。而對于大信號工作狀態時等效階躍輸入情況下(如Δ?Σ調制器中的開關電容積分器)，建立過程可被劃分為大信號工作區和小信號工作區分別進行分析。在大信號工作區，運放被簡化為一個電流源，而在小信號工作區，則被簡化為一個單極點模型[3]。本文針對流水線結構ADC中開關電容電路的工作特點，提出了一種流水線結構A/D轉換器的速度分析方法。

等效階躍電壓
圖1為流水線結構中典型的采樣/保持/DAC/減法/增益模塊(MDAC)開關電容電路實現(為簡單起見，僅分析單端配置的情況)，其中C1,C2,…,CM為采樣電容，CF為反饋電容，Cp為運放負輸入端所見的寄生電容，CCM為運放的共模反饋電容，Cn為后級采樣電容和反饋電容之和。在采樣相ΦS，輸入信號Vin被采樣到C1,C2,…,CM和CF上；在放大相ΦF，C1,C2,…,CM在本級ADC(sub-ADC)輸出的控制下接到參考電壓VR、0或?VR，且CF的右極板從Vin切換到運放輸出端，此時MDAC構成一個開關電容反饋放大器。