[发明专利]高速16位A/D转换器模块电路

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种由多个单片高速低位A/D转换器实现的高速高位A/D转换器模块电路，特别涉及一种高速16位A/D转换器模块电路。它直接应用的领域是雷达、通讯等数据采集系统领域。

(二)背景技术

目前，采用成熟的流水线结构或Flash结构很难实现高速高位A/D转换器，如高速16位A/D转换器。虽然目前可采用∑-Δ结构，来实现16位高精度A/D转换器，但该结构对于A/D转换器的速度提高有限，采用∑-Δ结构所实现的16位A/D转换器，其最高速度也只能达到为20MHz。

对于A/D转换器速度提高主要有两条途径，一是直接提高单片集成电路的工作速度，二是采用多片分时采样技术，实现多片集成。对于本发明由多个单片高速14位A/D转换器实现的高速16位A/D转换器模块电路，国内外还未见报道，也没有相应的型号产品。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题在于发明一种高速16位A/D转换器模块电路，采用多片分时采样技术，解决现有A/D转换器无法同时满足速度和精度的矛盾，大幅同时提高16位A/D转换器的转换速度和精度。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案在于本发明的一种高速16位A/D转换器模块电路包括：

一个模拟输入单元，其输入端与外部模拟输入信号V_in相连，它实现对外部模拟输入信号的幅度变换；

一个时钟控制单元，其输入端与外部时钟Clock_in相连，它实现对时钟信号的分配和驱动；

一个由四个14位A/D转换器U1、U2、U3、U4组成的A/D转换单元，其模拟输入端Ain1、Ain2、Ain3、Ain4与模拟输入单元的输出端相连，其时钟输入端Clock1、Clock2、Clock3、Clock4与时钟控制单元的输出端相连，它实现对模拟输入信号的4次采样和转换，输出四路14位的数字信号；

一个数字校准单元，其四个数字输入端A、B、C、D分别与四个14位A/D转换器U1～U4的数字输出端相连，其时钟输入端Clock5与四个14位A/D转换器U1～U4的时钟输入端Clock1～Clock4分别相连，它对四个14位A/D转换器U1～U4进行数字误差与校准处理，输出16位的数字输出信号。

所述模拟输入单元由一变压器T、一电容C与电阻R1、R2组成，变压器T的输入一端接外部模拟输入信号，变压器T的输入另一端接地，变压器T的输出中心端与电容C的一端相连，变压器T的输出正端、负端分别与电阻R1、R2的一端相连，电容C的另一端接地，电阻R1、R2的另一端分别与四个14位A/D转换器U1～U4的模拟输入端Ain1～Ain4相连。

所述时钟控制单元由通用逻辑器件74HC04组成。

所述A/D转换单元采用四个相同的美国Analog Devices Inc.公司的AD9245集成电路。

所述数字校准单元采用美国ALTERA公司的EPM1270T144C5集成电路。

有益效果：

本发明的16位A/D转换器模块电路采用了多片并行采样的技术，四个单片高速14位A/D转换器对同一模拟信号进行采集，时钟控制单元电路控制和驱动整个系统时钟，数字校准单元对四片高速14位A/D转换器的转换结果进行数字误差与校准处理，最终得到了同时满足速度和精度的高速16位A/D转换器。

本发明采用了上述技术方案，很好地解决了现有高速16位A/D转换器无法同时满足转换器精度和速度的矛盾。与一般的高速16位A/D转换器相比，它有如下特点：

1.本发明所采用的方案可以直接选用现有成熟的器件，如14位单片A/D转换器，简单易行。

2.本发明的数字校准单元采用现有的可编程逻辑器件，基于数字误差校准算法来实现，不需要另开发新的器件。

3.目前的16位A/D转换器的转换速度最高能达到20MHz，本发明的高速16位A/D转换器模块电路，其转换速度达80MHz，精度为16位，并且器件的动态指标，如信噪比(SNR)、无杂散动态范围(SFDR)，也比14位A/D转换器的SNR和SFDR指标有明显提高。因此，很好地同时满足了数据采集系统对A/D转换器的高速高精度需求。本发明的高速16位A/D转换器模块电路与国外A/D转换器产品的参数对比表见表1。

表1本发明的A/D转换器与国外A/D转换器产品的参数对比表