數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

內(nèi)容概要

本書是第一本從模擬和數(shù)字兩種信號(hào)處理相結(jié)合的角度全面介紹數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的研究生教材。每章中的引導(dǎo)性材料以及眾多的實(shí)例加強(qiáng)了本書的廣度和深度。大多數(shù)實(shí)例是以計(jì)算機(jī)工具行為仿真的形式給出的。這些實(shí)例和章末的習(xí)題有助于理解相關(guān)內(nèi)容，也有利于使用某些工具進(jìn)行自我練習(xí)，這些工具對(duì)培訓(xùn)或設(shè)計(jì)工作是很有效的。
本書對(duì)工程技術(shù)人員也是一本必不可少的教科書，因?yàn)樗鼜浹a(bǔ)了本專題的資料缺乏系統(tǒng)化、條理化的不足。本書假定讀者具備模擬和數(shù)字電路的扎實(shí)基礎(chǔ)；具有使用電路和行為分析仿真工具的基礎(chǔ)。具有統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)也是有用的，但不是絕對(duì)必要的。
本書的特點(diǎn)：
● 為使讀者能清晰地理解采樣、量化、采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的噪聲，本書涵蓋了這方面必需的所有基礎(chǔ)知識(shí)；涵蓋了采樣數(shù)據(jù)線性系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)工具。
● 全面定義了用于描述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的參數(shù)，這些參數(shù)的定義對(duì)理解轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)是必要的。
● 涵蓋了奈奎斯特率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的所有架構(gòu)，詳細(xì)研究了其特點(diǎn)、限制和設(shè)計(jì)技術(shù)；
● 詳細(xì)研究了過(guò)采樣和Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器，利用仿真例子和頻譜圖、直方圖來(lái)幫助讀者更清楚地理解噪聲整形的特性和限制。
● 涵蓋了提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能的數(shù)字校正和數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)。；
● 使用理論和直觀的觀點(diǎn)解釋電路和系統(tǒng)的工作和限制。
● 涵蓋了測(cè)試方法和用于測(cè)試和表征轉(zhuǎn)換器性能的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。
● 在例題和習(xí)題集中廣泛使用Simulink和Matlab，以幫助讀者理解和促進(jìn)深入研究。
本書既可作為微電子技術(shù)及相關(guān)專業(yè)研究生和本科高年級(jí)學(xué)生的教材，也可供從事集成電路設(shè)計(jì)的工程師和科技人員參考。

作者簡(jiǎn)介

佛朗哥?馬洛貝蒂 意大利帕維亞大學(xué)（Pavia University）教授，微集成系統(tǒng)組的負(fù)責(zé)人，IEEE會(huì)士。主要研究領(lǐng)域是集成電路的的設(shè)計(jì)、分析和表征以及模數(shù)應(yīng)用。獲得過(guò)2007年歐洲固態(tài)電路年會(huì)（ESSCIRC）最佳論文獎(jiǎng)、2007年日本電機(jī)工程師學(xué)會(huì)（IEEJ）模擬工作坊最佳論文獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。

書籍目錄

譯者的話
前言
第1章 背景知識(shí)與基礎(chǔ)
1.1  理想的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器
1.2  采樣
1.2.1  欠采樣(Undersampling)
1.2.2  采樣時(shí)間的抖動(dòng)
1.3  幅度的量化
1.3.1  量化噪聲
1.3.2  量化噪聲的性質(zhì)
1.4  kT/C噪聲
1.5  離散與快速傅里葉變換
1.5.1  加窗
1.6  編碼方案
1.7  D/A轉(zhuǎn)換器
1.7.1  理想的重建
1.7.2  實(shí)際的重建
1.8  Z變換
參考文獻(xiàn)
第2章 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器規(guī)格
2.1  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器類別
2.2  工作條件
2.3  轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)
2.3.1  基本特性參數(shù)
2.4  靜態(tài)性能參數(shù)
2.5  動(dòng)態(tài)性能參數(shù)
2.6  數(shù)字和開關(guān)性能參數(shù)
參考文獻(xiàn)
第3章 奈奎斯特率數(shù)模轉(zhuǎn)換器
3.1  概述
3.1.1  DAC的應(yīng)用
3.1.2  電壓和電流基準(zhǔn)
3.2  轉(zhuǎn)換器的類型
3.3  電阻型架構(gòu)
3.3.1  電阻分壓器
3.3.2  X-Y選擇
3.3.3  輸出電壓的建立
3.3.4  分段架構(gòu)
3.3.5  失配的影響
3.3.6  修正與校準(zhǔn)
3.3.7  數(shù)字電位器
3.3.8  R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)DAC
3.3.9  毛刺消除
3.4  電容型架構(gòu)
3.4.1  電容分壓DAC
3.4.2  容性MDAC
3.4.3  翻轉(zhuǎn)式MDAC
3.4.4  電容電阻混合型DAC
3.5  電流源型架構(gòu)
3.5.1  基本工作原理
3.5.2  單位電流產(chǎn)生器
3.5.3  單位電流源選擇的隨機(jī)失配
3.5.4  電流源選擇方案
3.5.5  電流切換和分段
3.5.6  電流源切換
3.6  其它架構(gòu)
參考文獻(xiàn)
第4章 奈奎斯特率模數(shù)轉(zhuǎn)換器
4.1  引言
4.2  定時(shí)的精確性
4.2.1  亞穩(wěn)態(tài)誤差
4.3  全閃速轉(zhuǎn)換器
4.3.1  參考電壓
4.3.2  比較器的失調(diào)
4.3.3  失調(diào)的自動(dòng)調(diào)零
4.3.4  實(shí)際的限制
4.4  子分區(qū)法和兩步法的轉(zhuǎn)換器
4.4.1  精度要求
4.4.2  作為非線性過(guò)程的兩步轉(zhuǎn)換
4.5  折疊與內(nèi)插
4.5.1  雙重折疊
4.5.2  插值
4.5.3  閃速轉(zhuǎn)換器中使用插值
4.5.4  折疊結(jié)構(gòu)中使用插值
4.5.5  插值用于提高線性度
4.6  時(shí)間交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器
4.6.1  精度要求
4.7  逐次逼近轉(zhuǎn)換器
4.7.1  誤差與誤差校正
4.7.2  電荷再分配
4.8  流水線轉(zhuǎn)換器
4.8.1  精度要求
4.8.2  數(shù)字校正
4.8.3  動(dòng)態(tài)性能
4.8.4  采樣數(shù)據(jù)的余量產(chǎn)生器
4.9  其他結(jié)構(gòu)
4.9.1  循環(huán)(或算法)轉(zhuǎn)換器
4.9.2  積分轉(zhuǎn)換器
4.9.3  電壓頻率轉(zhuǎn)換器
參考文獻(xiàn)
第5章 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路
5.1  采樣保持電路
5.2  二極管橋式采樣保持電路
5.2.1  二極管橋的缺點(diǎn)
5.2.2  改進(jìn)的二極管橋
5.3  開關(guān)射極跟隨器
5.3.1  電路實(shí)現(xiàn)
5.3.2  雙極型互補(bǔ)采樣保持電路
5.4  雙極型采樣保持電路的特點(diǎn)
5.5  CMOS采樣保持電路
5.5.1  時(shí)鐘饋通
5.5.2  時(shí)鐘饋通補(bǔ)償
5.5.3  兩級(jí)OTA構(gòu)成的跟蹤保持(T＆H)電路
5.5.4  CMOS采樣保持(S＆H)電路中虛擬地的使用
5.5.5  噪聲分析
5.6  低電源電壓下的CMOS開關(guān)
5.6.1  開關(guān)自舉電路
5.7  折疊放大器
5.7.1  電流折疊
5.7.2  電壓折疊
5.8  電壓電流轉(zhuǎn)換器
5.9  時(shí)鐘產(chǎn)生
參考文獻(xiàn)
第6章 過(guò)采樣和低階ΣΔ調(diào)制器
6.1  概述
6.1.1  Δ和ΣΔ調(diào)制
6.2  噪聲整形
6.3  一階調(diào)制器
6.3.1  直觀看法
6.3.2  1位量化的使用
6.4  二階調(diào)制器
6.5  電路設(shè)計(jì)問題
6.5.1  失調(diào)
6.5.2  運(yùn)算放大器有限增益
6.5.3  運(yùn)放的有限帶寬
6.5.4  有限的運(yùn)算放大器壓擺率
6.5.5  ADC的非理想特性
6.5.6  DAC的非理想特性
6.6  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題
6.6.1  積分器的動(dòng)態(tài)范圍
6.6.2  動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)化
6.6.3  數(shù)據(jù)采樣電路的實(shí)現(xiàn)
6.6.4  噪聲分析
6.6.5  量化誤差與抖動(dòng)(dither)
6.6.6  1位和多位量化器
參考文獻(xiàn)
第7章 高階ΣΔ ADC、連續(xù)時(shí)間ΣΔ ADC和ΣΔ DAC
7.1  信噪比(SNR)增強(qiáng)技術(shù)
7.2  高階噪聲整形
7.2.1  單級(jí)結(jié)構(gòu)
7.2.2  穩(wěn)定性分析
7.2.3  加權(quán)反饋求和
7.2.4  具有局部反饋的調(diào)制器
7.2.5  帶分布式反饋的積分器鏈
7.2.6  級(jí)聯(lián)ΣΔ調(diào)制器
7.2.7  MASH的動(dòng)態(tài)范圍
7.3  連續(xù)時(shí)間ΣΔ調(diào)制器
7.3.1  采樣保持電路的局限性
7.3.2  連續(xù)時(shí)間調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)
7.3.3  根據(jù)等價(jià)的采樣數(shù)據(jù)調(diào)制器設(shè)計(jì)連續(xù)時(shí)間調(diào)制器
7.4  帶通ΣΔ調(diào)制器
7.4.1  N路徑時(shí)間交織的結(jié)構(gòu)
7.4.2  NTF的合成
7.5  過(guò)采樣DAC
7.5.1  1位DAC
7.5.2  雙歸零DAC
參考文獻(xiàn)
第8章 數(shù)字增強(qiáng)技術(shù)
8.1  簡(jiǎn)介
8.2  誤差測(cè)量
8.3  元件的修正(Trimming)
8.4  前臺(tái)校準(zhǔn)
8.5  后臺(tái)校準(zhǔn)
8.5.1  時(shí)間交織轉(zhuǎn)換器中的增益和失調(diào)
8.5.2  無(wú)冗余硬件的失調(diào)校準(zhǔn)
8.6 動(dòng)態(tài)匹配
8.6.1  蝶形隨機(jī)化(Butterfly Randomization)
8.6.2  各體層面的平均
8.6.3  數(shù)據(jù)加權(quán)平均
8.7  抽取與插值
8.7.1  抽取
8.7.2  內(nèi)插
參考文獻(xiàn)
第9章 D/A和A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)試
9.1  概述
9.2  測(cè)試板
9.3  質(zhì)量和可靠性測(cè)試
9.4  數(shù)據(jù)處理
9.4.1  最佳擬合曲線(Best-fit-line)
9.4.2  正弦波擬合
9.4.3  直方圖法
9.5  DAC靜態(tài)測(cè)試
9.5.1  轉(zhuǎn)換曲線測(cè)試
9.5.2  誤差疊加(Superposition of Errors)
9.5.3  非線性誤差
9.6  DAC動(dòng)態(tài)測(cè)試
9.6.1  頻譜特性
9.6.2  轉(zhuǎn)換時(shí)間
9.6.3  毛刺能量
9.7  ADC靜態(tài)測(cè)試
9.7.1  數(shù)字碼邊沿測(cè)量
9.8  ADC動(dòng)態(tài)測(cè)試
9.8.1  時(shí)間域參數(shù)
9.8.2  提高正弦波的頻譜純度
9.8.3  孔徑不確定性測(cè)量
9.8.4  穩(wěn)定時(shí)間(settling-time)測(cè)量
9.8.5  FFT測(cè)試的使用
參考文獻(xiàn)
索引

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