并行編碼模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),ADC的基本原理

并行編碼模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),ADC的基本原理

背景知識(shí)：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to digital Converter，簡(jiǎn)稱(chēng)ADC)是模擬與數(shù)字世界的接口，為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)、通訊、多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展以及高新技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)字化進(jìn)程的不斷加快，ADC正朝著低功耗、高速、高分辨率方向發(fā)展。目前市場(chǎng)化的ADC有很多種類(lèi)型。

近年來(lái)，我國(guó)在有限的工藝水平條件下積極開(kāi)展了對(duì)ADC的研究，并取得了令人鼓舞的成果，但是與國(guó)際水平相比尚有差距，電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也略顯單調(diào)，折疊式、流水線型、E一△型結(jié)構(gòu)鮮見(jiàn)報(bào)道。統(tǒng)計(jì)資料表明，8-12位精度范圍的高速A/D轉(zhuǎn)換器是應(yīng)用最廣泛、需求最迫切的品種，因此研制出我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速高精度、高速、低功耗的ADC具有十分重要的意義。目前市場(chǎng)化的ADC有多種結(jié)構(gòu)，如并行(Flash，或稱(chēng)Parallel)A DC,逐次逼近型ADC、積分型ADC,壓頻變換型ADC以及流水線型ADC和Delta-Sigma型ADC等，其中后兩種ADC是新發(fā)展起來(lái)的，這些ADC各有各的特點(diǎn)，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，選用的ADC的結(jié)構(gòu)也是不同的。

基本原理：

并行ADC轉(zhuǎn)換器是目前速度很快的一種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)思想很容易理解。一個(gè)n位的并行ADC包含2n-1個(gè)比較器和2n-1個(gè)參考電壓值(對(duì)于一般的電壓模電路，對(duì)于電流模電路，是參考電流值)。每一個(gè)比較器對(duì)輸入信號(hào)采樣并把輸入信號(hào)與參考電壓相比較，然后每一個(gè)比較器產(chǎn)生一位輸出，表明輸入信號(hào)比參考電壓大還是小。2n-1個(gè)比較器輸出通常稱(chēng)為溫度計(jì)代碼。該名稱(chēng)的來(lái)源是，如果把比較器的輸出根據(jù)參考電壓值的大小順序排成一列，所有的1都在下面，所有的0都在上面，0和1的分界線表示信號(hào)值所在的范圍，由于和水銀溫度計(jì)表示溫度的方法相類(lèi)似，因此稱(chēng)為溫度計(jì)代碼。如圖為一個(gè)簡(jiǎn)單的3位并行ADC的結(jié)構(gòu)圖。譯碼器把比較器產(chǎn)生的溫度計(jì)代碼轉(zhuǎn)換成如表所示的二進(jìn)制代碼。如圖所示，所有的比較器并行工作。因此，轉(zhuǎn)換速度僅僅受比較器的速度或采樣速度的限制，所以并行ADC具有很高轉(zhuǎn)換速度。

并行ADC的不足之處是硬件需求量大和對(duì)比較器偏移比較敏感。上面己經(jīng)提到，一個(gè)n位的ADC需要2n-1個(gè)比較器。因此，高分辨率的并行ADC需要較大的芯片面積，這樣電路的功耗也增加很多。此外，大量的比較器使采樣電路要驅(qū)動(dòng)很大的電容。n位分辨率的并行ADC要求比較器的偏移小于VR/2n。在較高的分辨率下，這要求比較器的偏移非常小。由于小偏移的比較器設(shè)計(jì)難度大、價(jià)格高，而且所用的比較器數(shù)量很大，因此超過(guò)8位的ADC很少用全并行結(jié)構(gòu)。