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一种基于循环ADC结构的可配置PipelineADC系统设计
摘要
随着数字信号处理技术的不断发展，ADC系统的性能需求也不断提高，因此各种新型ADC结构不断涌现。本文提出一种基于循环ADC结构的可配置PipelineADC系统，该系统可在不同的工作状态下实现不同的精度要求。具体地讲，该系统采用基于FlashADC的循环ADC结构实现较高的采样速率，同时在管道阶段采用可配置的信号放大器和比较器来实现不同精度要求。实验结果表明，该系统在采样速率和精度方面均有较好的表现。
关键词：循环ADC，PipelineADC，可配置，精度，采样速率
引言
在现代通信、电子、计算机等领域，ADC系统扮演着至关重要的角色。随着电子产品的越来越普及，对ADC系统的要求也日益提高。传统的ADC系统存在很多问题，例如精度和采样速率难以兼顾、占用空间过大以及能耗较高等。因此开发一种可配置的ADC系统势在必行。
本文提出一种基于循环ADC结构的可配置PipelineADC系统设计方案。该系统采用FlashADC实现较高的采样速率，同时在管道阶段采用可配置信号放大器和比较器来实现不同精度要求。该系统的优点在于，采用了可配置的设计，可以在不同的工作状态下实现不同的精度要求。同时，系统整体结构简单，占用空间较小，能耗较低。实验结果表明，该系统在采样速率和精度方面均有较好的表现。
系统设计
系统整体结构如图1所示，由循环ADC结构和PipelineADC结构组成。
图1系统整体结构图
其中，循环ADC结构采用FlashADC实现，由后级的几个比特决定前级是否运行。PipelineADC结构采用可配置的信号放大器和比较器来实现不同的精度要求。例如，若采样频率为1MHz，要求精度为10位，则需要实现10级PipelineADC结构。每个管道阶段可配置的信号放大器和比较器的数量如下表所示。
表1PipelineADC结构设计
在实际使用过程中，可以根据所需的精度和采样速率来动态调整管道阶段可配置的信号放大器和比较器的数量。例如，若采样频率要求较高，则可以选择少量的比较器和放大器，而若需要高精度，则可以增加比较器和放大器的数量。
系统实现与测试
本文采用VHDL语言实现了所设计的循环ADC与PipelineADC结构，并采用Modelsim进行仿真和波形展示。为展示该系统的效果，我们分别在不同的精度和采样速率下进行了测试。具体参数如下表所示。
表2测试参数
测试结果如图2所示。其中，图2a展示了采样速率为100kHz，精度为8位的测试结果；图2b展示了采样速率为1MHz，精度为10位的测试结果。
图2测试结果
从图2中可以看出，所设计的可配置PipelineADC系统在不同的采样速率和精度下均有较好的表现。当采样速率要求较高时，可以选择减少管道阶段中的比较器和放大器的数量，以减少功耗和系统复杂度。而在需要较高精度的情况下，可以增加管道阶段中的比较器和放大器的数量，以达到要求的精度。
结论
本文提出了一种基于循环ADC结构的可配置PipelineADC系统设计。该系统结合循环ADC和PipelineADC的优点，实现了较高的采样速率和可配置的精度要求。该系统的优点在于，采用可配置的设计，可以在不同的工作状态下实现不同的精度要求。同时，系统整体结构简单，占用空间较小，能耗较低。实验结果表明，该系统在采样速率和精度方面均有较好的表现。