ADC時(shí)延和建立時(shí)間的區(qū)別

對(duì)于大多數(shù) ADC 用戶(hù)來(lái)說(shuō)，“時(shí)延”和“建立時(shí)間”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)有時(shí)可以互換。但對(duì)于 ADC 設(shè)計(jì)人員而言，他們非常清楚這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)的區(qū)別，以及這些現(xiàn)象將會(huì)如何影響您的應(yīng)用電路。ADC 用戶(hù)已注意到這兩個(gè) ADC 特性會(huì)對(duì)他們的電路產(chǎn)生一些影響，這是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，但是，人們對(duì)于時(shí)延和建立時(shí)間普遍存在誤解，因此當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員絞盡腦汁地想要找出信號(hào)完整性問(wèn)題的時(shí)候，可能受挫。

無(wú)論轉(zhuǎn)換器采用一個(gè) SAR（逐次逼近寄存器）、流水線(xiàn)型還是 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，ADC 時(shí)延均為從轉(zhuǎn)換器采集模擬信號(hào)到數(shù)字輸出字段準(zhǔn)備檢索所花費(fèi)的總時(shí)間量。時(shí)延，或者延遲，包括轉(zhuǎn)換時(shí)間及數(shù)字輸出時(shí)間，但不包括采樣時(shí)間。與一些產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)前幾頁(yè)所敘述的相反，時(shí)延不能為零。所有的 ADC 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換都需要一定時(shí)間。

所有ADC 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換均需要一定的時(shí)間

在最常見(jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，SAR ADC 具有最短的時(shí)延。在對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣之后，大多數(shù) SAR 轉(zhuǎn)換器在短短 1 個(gè)或 2 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)便開(kāi)始傳輸數(shù)字輸出字段。對(duì)于流水線(xiàn)型轉(zhuǎn)換器，數(shù)字輸出信號(hào)的時(shí)延取決于流水線(xiàn)型架構(gòu)的內(nèi)部級(jí)數(shù)量。流水 線(xiàn)型轉(zhuǎn)換器的時(shí)延為流水線(xiàn)型架構(gòu)的全部?jī)?nèi)部級(jí)完成轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。流水線(xiàn)型轉(zhuǎn)換器的時(shí)延還取決于轉(zhuǎn)換器的精度，通常為 6 或 7 個(gè)時(shí)鐘周期。對(duì)  轉(zhuǎn)換器的時(shí)延進(jìn)行測(cè)量相對(duì)較困難。轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行多次采樣，同時(shí)將采樣結(jié)果發(fā)送至內(nèi)部數(shù)字濾波器級(jí)。 轉(zhuǎn)換器的時(shí)延開(kāi)始于第一個(gè)采樣周期的開(kāi)端，一直到數(shù)字輸出數(shù)據(jù)檢索結(jié)束。ADC達(dá)到自身的延遲要求并不能確保就符合精度要求。

ADC 建立時(shí)間是一個(gè)截然不同的概念。建立時(shí)間是指轉(zhuǎn)換器的輸出匯聚至一個(gè)步進(jìn)輸入最終值所需的時(shí)間。SAR 轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間（以秒為計(jì)量單位）發(fā)生在采集周期內(nèi)。請(qǐng)注意，該界定不包括外部輸入濾波器或者系統(tǒng)其它部分的建立時(shí)間。流水線(xiàn)型轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間與 SAR 轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間相似。在采集周期內(nèi)流水線(xiàn)型轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。為了獲得精確的轉(zhuǎn)換，在獲得轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)之前，輸入信號(hào)必須在模擬域中進(jìn)行足夠的調(diào)節(jié)，使之達(dá)到 ADC 精度水平。轉(zhuǎn)換器在這一點(diǎn)上不同于 SAR 和流水線(xiàn)型轉(zhuǎn)換器。ADC的內(nèi)部數(shù)字濾波器建立時(shí)間能反映出數(shù)字濾波器的階數(shù)。通常，您是以周期為單位對(duì)ADC的建立時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，這里的周期為一個(gè)步進(jìn)輸入?yún)R聚至其最終值所需轉(zhuǎn)換的數(shù)量。

您可以從這一討論中得出一個(gè)結(jié)論，即 SAR 和流水線(xiàn)型轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間要優(yōu)于 ADC 的建立時(shí)間。但是，要從系統(tǒng)角度來(lái)看，而不是單獨(dú)的轉(zhuǎn)換器時(shí)，這樣才較為有效。在系統(tǒng)中，SAR 和流水線(xiàn)型轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)外部模擬轉(zhuǎn)換器。在轉(zhuǎn)換器獲得信號(hào)之前，這種類(lèi)型的濾波器需要一定時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。相比較而言，該濾波器是內(nèi)置于 轉(zhuǎn)換器的。

致謝

在此，我要特別感謝德州儀器 (TI) 應(yīng)用工程師 Michael Ashton，感謝他就 轉(zhuǎn)換器提出的真知酌見(jiàn)。

Bonnie Backer 現(xiàn)任 TI 高級(jí)應(yīng)用工程師，并撰寫(xiě)了《A Baker’s Dozen：針對(duì)數(shù)字設(shè)計(jì)人員的真正的模擬解決方案》一書(shū)。如欲聯(lián)系作者，請(qǐng)發(fā)送郵件至 bonnie@ti.com。