АЦП параллельного преобразования

Данный тип АЦП реализует метод непосредственного считыва­ния и является на сегодняшний день самым быстродействующим. Классический принцип его работы поясняется рис.. Устрой­ство содержит 2^b-1 компараторов К, на объединенные инвертирующие входы которых подается входной преобразуемый сигнал. На неинвертирующие входы компараторов подаются напряжения, численно равные уровням квантования U*_n. В результате с выходов компаратора снимается параллельный N-разрядный единичный код. Число единиц в нем равно числу уровней квантования по величине меньших значений u_вх.

Полученный единичный код подается на вход преобразователя кода (ПК), в котором он преобразуется в двоичный с числом раз­рядов b=lg₂N. С выхода ПК двоичный код через логические пере­ключатели на элементах 2И подается на вход статического ре­гистра, с выхода которого он и считывается. Перезапись кода ПК в статический регистр происходит по сигналу "Запись". Этот сиг­нал подается в схему после того, как все переходные процессы, связанные со срабатыванием компараторов и получением двоич­ного кода, завершены.

Для получения напряжений, равных уровням квантования в схеме, использован делитель напряжения на N одинаковых рези­сторах, подключенный к выходу источника эталонного напряже­ния U_REF. Формирование в данном АЦП выходного кода одновре­менно по всем разрядам предполагает получение максимально возможного быстродействия. Его время преобразования определяется только структурой ПК и собственным быстродействием пользуемой элементной базы.

Следует заметить, что повышение точности работы АЦП данного типа всегда связано со значительными аппаратными затратами. Так, для построения 8-разрядного АЦП необходимо 255 компараторов. Реально общее число элементов в ИС такого АЦП достигает 3∙10⁴, а потребляемая мощность 2,5Вт.

На практике компромисс между быстродействием и сложностью схемы разрешается в так называемых параллельно-последовательных схемах АЦП. Принцип их работы основан на выделенин в АЦП нескольких самостоятельных структур (групп). Например, при двух структурах первая осуществляет грубое преобразование, формируя старшие разряды выходного кода, вторая формирует младшие разряды выходного кода. На ее вход подается разность входного напряжения и напряжения с выхода дополнительного ЦАП, преобразующего в аналоговую величину код старших выходных разрядов. Для повышения точности преобразования эта разность усиливается в 2^l раз, где l - разрядность кода на ходе первой "грубой" структуры.

Такое решение позволяет при приемлемой сложности реализации увеличить число выходных разрядов АЦП до 10...12. Реальное время преобразования АЦП параллельного типа достигает 10...20 нс.