模數轉換器（ADC），是現實世界模擬信號與能被MCU處理與存儲的數字信號之間的橋梁，是電子技術發展的不可或缺的組成部分，在不同的環境下需使用不同的結構類型的ADC，以使功耗、速率、分辨率、芯片面積等實現最優化。表1對比了幾種常見結構ADC的速度、分辨率和功耗情況以及各自的應用領域。

其中，流水線型模數轉換器能在較低的功耗和較小的面積下實現較高的速度、較高分辨精度，同時便于系統集成。流水線模數轉換器的轉換速率可以達到200MSPs以上，分辨率可以達到14bit，在視頻領域應用非常廣泛。

什么是流水線ADC？

流水線ADC，英文釋義為pipeline ADC，就是利用流水線信號處理的思路發展起來的，流水線是快速大量處理某項任務的一種方法，當采用流水線的概念流程完成一項任務時，該任務被分成若干個步驟，每一步驟需要大約相等的時間來執行，每一步需要一個執行器來完成。這若干個步驟組成一個隊列，對于每一個要生產的產品或者要處理的采樣數據，這些步驟都要按順序來執行。當執行器1完成了步驟1后，它把產品或者采樣數據送到流水線中的執行器2來進行步驟2，此時執行器1開始對下一個產品或者采樣數據執行步驟1;這樣各個不同的處理步驟可以同時進行，這在信號處理系統中，極大地提高了采樣處理的速率。

流水線結構ADC的工作示意圖如圖1所示，在流水線ADC中，輸入信號經過采樣之后，順序地沿著流水線移動，一步一步地進行數字轉換，每一步轉換得到一定數量的數字輸出位，最高有效位最先得到，最低有效位最后得到。

圖1 流水線結構ADC工作示意圖

它實質上是一個多級幅值量化器，它的數字化過程由級聯的多個結構相似的低精度模數轉換器完成。它的主要優點在于：第一，流水線結構中各級處于并行工作狀態，提高了轉換速率;第二，與全并行結構ADC相比極大地節約了芯片面積并降低了功耗，例如一個N-bit的并行結構的ADC，需2的N次方減1個比較器，若為10bit的全并行ADC，則需要高達1023個比較器，而以1.5bit每級的流水線結構為例，僅需21個比較器，一種1.5bit每級的12bit高速pipeline ADC的結構如圖2所示。

圖2 12bit高速流水線ADC原理圖