Электроника:Цифровая электроника/Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования/Параллельные АЦП

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Параллельные АЦП[1]

Эта схема, также называемая параллельным аналого-цифровым преобразователем, является самой простой для понимания. Он состоит из ряда компараторов, каждый из которых сравнивает входной сигнал с уникальным эталонным напряжением. Выходы компаратора подключаются к входам схемы приоритетного кодировщика, которая затем формирует двоичный выходной сигнал. На следующем рисунке показана схема 3-битного параллельного АЦП (в англоязычной технической литературе используется термин Flash ADC, указывая таким названием на высокую скорость, но в русском языке термин флеш-АЦП крайне редко употребляется):

Рис. 1. Параллельный АЦП с восьмерично-двоичным приоритетным кодировщиком.
Рис. 1. Параллельный АЦП с восьмерично-двоичным приоритетным кодировщиком.

VОпорн. – стабильное опорное напряжение, обеспечиваемое прецизионным регулятором напряжения в составе схемы преобразователя (на схеме не показано). Когда аналоговое входное напряжение превышает опорное напряжение на каждом компараторе, выходы компаратора будут последовательно насыщаться до состояния «высокого» уровня. Приоритетный кодировщик генерирует двоичное число на основе активного входа самого высокого порядка, игнорируя все другие активные входы.

При работе параллельный АЦП выдаёт примерно такой вывод:

Рис. 2. Выход параллельного АЦП.
Рис. 2. Выход параллельного АЦП.

Для этого конкретного приложения кодировщик с обычным приоритетом со всей присущей ему сложностью не нужен. Из-за характера последовательных выходных состояний компаратора (каждый компаратор насыщает «высоким» значением в последовательности от самого низкого к самому высокому), тот же самый эффект «выбора входа с наивысшим порядком» может быть реализован с помощью набора вентилей «Исключающее ИЛИ», что позволяет использование более простого, неприоритетного кодировщика:

Рис. 3. АЦП с восьмерично-двоичным кодировщиком (приоритетность не требуется).
Рис. 3. АЦП с восьмерично-двоичным кодировщиком (приоритетность не требуется).

И, конечно же, сама схема кодировщика может быть сделана из матрицы диодов, демонстрируя, насколько просто может быть построена эта конструкция преобразователя:

Рис. 4. Схема кодировщика сделана из матрицы диодов.
Рис. 4. Схема кодировщика сделана из матрицы диодов.

Параллельный преобразователь не только является самым простым в работе с точки зрения теории, но и является наиболее эффективным из технологий АЦП с точки зрения скорости, поскольку он ограничен только задержками распространения компаратора и вентиля. К сожалению, он является наиболее ресурсоёмким для любого заданного количества выходных битов.

Для этого трёхразрядного параллельного АЦП требуется семь компараторов. Для четырёхбитной версии потребуется 15 компараторов. С каждым дополнительным выходным битом количество необходимых компараторов удваивается.

Учитывая, что восемь разрядов обычно считаются минимально необходимыми для любого практического АЦП (необходимо 255 компараторов!), эта параллельная метода быстро показывает свою слабость. Дополнительным преимуществом параллельного АЦП, которое часто упускают из виду, является его способность создавать нелинейный выходной сигнал.

С резисторами равного номинала в сети делителя опорного напряжения каждый последующий двоичный отсчёт представляет одинаковую величину увеличения аналогового сигнала, обеспечивая соразмерную реакцию. Однако для специальных применений номиналы резисторов в цепи делителя могут быть сделаны неравными.

Это даёт АЦП индивидуальный нелинейный отклик на аналоговый входной сигнал. Никакой иной дизайн АЦП не может обеспечить такое преобразование сигнала за счёт всего пары изменений значений компонентов.

См.также

Внешние ссылки