Параллельные АЦП

АЦП этого типа проводят квантования сигнала одновременно с помощью набора компараторов, которые включены параллельно источнику входного сигнала. На рис. 3 приведены реализацию параллельного метода АЦ-преобразования для 3-разрядного числа.

Схема параллельного АЦП

Рис.3 Схема параллельного АЦП

С помощью трех двоичных разрядов можно пподаты восемь различных чисел, включая ноль. Следовательно необходимо семь компараторов. Семь соответствующих еквидистантних опорных напряжений образуются с помощью резистивного делителя.

Если приложенное входное напряжение не выходит за пределы диапазона от 5 / 2 h, до 7 / 2 h, где h = U оп / 7 - квант входного напряжения, соответствующий единице младшего разряда АЦП, то компараторы с 1-го по 3-й устанавливаются в состояние 1, а компараторы с 4-го по 7-й - в состояние 0. Преобразование этой группы кодов в трехзначными двоичное число выполняет логично устройство, называется приоритетным шифратор. Двиграма состояний приоритетного шифратора приведена в табл.1.

Таблица 1

Входное напряжение Состояние компараторов Выходы
U вх / h К 7 К 6 К 5 К 4 К 3 К 2 К 1 Q 2 Q 1 Q 0
0
1
2
3
4
5
6
7
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1

Подключение приоритетного шифратора непосредственно к выходу АЦП может вызвать появление ошибочного результата при считывании исходного кода. Рассмотрим, например, переход от трех до четырех, или в двоичном коде от 011 до 100. Если старший разряд за меньшего времени задержки изменит свое состояние раньше других разряда, то временно на выходе возникнет число 111, то есть семь. Размер ошибки в этом случае составит половину измеряемого диапазона.

Поскольку результаты АЦ-преобразования записываются, как правило, в запоминающее устройство, существует вероятность получить полностью неправильную величину. Ришиты эту проблему можно, например, с помощью устройства выборки-хранения (ПОЗ).< /span> В некоторые интегральные микросхемы (ИМС) параллельных АЦП, например МАХ100, монтируются сверхскоростные ПОЗ, которые имеют время выборки порядка 0,1 нс. Другой путь заключается в использовании кода Грея, характерной особенностью которого является изменение только одниюи кодовой позиции при переходе от одного кодового значения к другому. Наконец, в некоторых АЦП (например, МАХ1151) для снижения вероятности сбоев при параллельном АЦ-преобразовании используется двухтактный цикл, когда сначала состояния выходов компараторов фиксируются, а затем, после установления состояния приоритетного шифратора, путем подачи активного фронта на синхровхид выходного регистра, в него записывают исходное слово АЦП.

Как видно из табл. 1, при увеличении входного сигнала компараторы устанавливаются в состояние 1 поочередно - снизу вверх. Такая очередность не гарантируется при быстром нарастании входного сигнала, поскольку из-за расхождения во времени задержки компараторы могут переключаться в другом порядке. Приоритетное кодирование позволяет избежать ошибки, которая возможна в этом случае, благодаря тому, что единицы в младших разрядах не принимаются во внимание приоритетным шифратор.

Благодаря одновременной работе компараторов параллельных АЦП является самым быстрым. Например, восьмиразрядных преобразователь типа МАХ104 дает возможность получить 1 млрд отсчетов в секунду при времени задержки прохождения сигнала не более 1,2 нс. Недостатком этой схемы является высокая сложность. Действительно, N-разрядный параллельный АЦП содержит 2 N-1 компараторов и 2N согласованных резисторов. Следствием этого является высокая стоимость и значительная мощность потребления (МАХ104, например, потребляет около 4 Вт).