高準確度類比/ 數位轉換器設計

Abstract

本論文的主要目的是設計一高準確度的類比╱數位轉換器來供儀器及測量方面的應用 ．在早期通常這類低速但高準確度的類比╱數位轉換器是利用雙斜率原理來設計，在 此我們嘗試利用累積誤差調變器來作．利用此種調變器所設計之積分式類比╱數位轉 換器具有簡單，高準確度，及對雜訊免疫力良好的優點． 首先，我們先分析積分式類比╱數位轉換器可能的雜訊來源和它們的影響程度，以及 對元件的基本要求，在得到這些注意事項後就開始我們的設計工作．在分析中發現有 二個主要問題必須克服：一是放大器有限增益的效應，另一為由開關所造成的電荷注 射．在以前發表的論文裡是直接設計一高增益的放大器來解決放大器有限增益的效應 所產生的誤差．但是當設計要求達到１６位元以上時放大器增益必需要在１０２dB以 上．此種高增益的放大器在設計上有困難，所以並不是一良好的解決方法．因此，我 們提出一改良式的積分器來減少放大器有限增益所造成的誤差，讓我們能以較低增益 的放大器而達到同樣的效果．由模擬的結果顯示對同樣的解析度，改良式積分器中放 大器之增益可比傳統式少３０dB以上，因此在放大器的線路設計上較簡單且效果更好 ．由於改良式積分器所需時間比傳統式的要長，所以在這裡我們也提出一改良式的累 積誤差調變器來增進時間效益．此調變器利用多出的比較器來降低數位化誤差，因此 可利用此特性來增進轉換器的效能．在電荷注射的補償上，我們利用累積誤差調變器 可正可負的特性利用正負相消來補償． 由分析的結果知，在本論文中所設計的積分式類比╱數位轉換器可達到１６位元的準 確度，而不需雷射修整技術或是自我修正誤差程序，但是要很長的轉換時間（大於 １０毫秒）．