Последовательные и параллельные АЦП

Опубликовано 19.08.2011 Ведущий Валерий Харыбин

Микросхемы АЦП преобразуют входной аналоговый сигнал в последовательность цифровых кодов. Существует два основных принципа построения АЦП: последовательный и параллельный.
В последовательном АЦП входное напряжение последовательно сравнивается одним единственным компаратором с несколькими эталонными уровнями напряжения, и в зависимости от результатов этого сравнения формируется выходной код.
Наибольшее распространение получили АЦП на основе регистра последовательных приближений.
Входное напряжение подается на вход компаратора, на другой вход которого подается эталонное напряжение, ступенчато изменяющееся во времени. Выходной сигнал компаратора подается на вход регистра последовательных приближений, тактируемого внешним тактовым сигналом. Выходной код регистра последовательных приближений поступает на ЦАП, которое из опорного напряжения формирует меняющееся эталонное напряжение.
Регистр последовательных приближений работает так, что в зависимости от результата предыдущего сравнения выбирается следующий уровень эталонного напряжения. При этом в первом такте входной сигнал сравнивается с половиной опорного напряжения, далее в зависимости от результата сравнения – с четвертью или тремя четвертями опорного напряжения. Последовательность сравнений повторяется нужное число раз с уменьшением на каждом такте вдвое ступени изменения эталонного напряжения. Всего преобразование занимает n тактов. В последнем такте вычисляется младший разряд.
Процесс этот довольно медленный, требует нескольких тактов, причем в течение каждого такта должны успеть сработать компаратор, регистр последовательных приближений и ЦАП с выходом по напряжению. Поэтому последовательные АЦП имеют сравнительно большое время преобразования и малую частоту преобразования.
Второй тип – АЦП параллельного типа — работает по более простому принципу. Все разряды выходного кода вычисляются в них одновременно (или параллельно), поэтому они гораздо быстрее, чем последовательные АЦП. Правда, они требуют применения большого количества компараторов, что вызывает чисто технологические трудности при большом количестве разрядов.
Схема такого АЦП включает в себя резистивный делитель из двух в степени n одинаковых резисторов, который делит опорное напряжение на (два в степени n минус 1) уровней.
Входное напряжение сравнивается с помощью компараторов с уровнями, формируемыми делителем напряжения. Выходные сигналы компараторов с помощью шифратора преобразуются в n-разрядный двоичный код. Шифратор выдает на выход номер последнего из сработавших компараторов. Процесс преобразования происходит в параллельном АЦП очень быстро, поэтому частота преобразования может достигать сотен мегагерц.
Громоздкость структуры параллельного АЦП приводит к тому, что в некоторых АЦП применяется смешанный параллельно-последовательный принцип. Это несколько снижает быстродействие подобного АЦП по сравнению с обычным параллельным АЦП, но зато позволяет получить большое число разрядов, используя меньшее количество компараторов.