并行编码模数转换器(ADC),ADC的基本原理

并行编码模数转换器(ADC),ADC的基本原理

背景知识：模数转换器(Analog to digital Converter，简称ADC)是模拟与数字世界的接口，为了适应计算机、通讯、多媒体技术的飞速发展以及高新技术领域的数字化进程的不断加快，ADC正朝着低功耗、高速、高分辨率方向发展。目前市场化的ADC有很多种类型。

近年来，我国在有限的工艺水平条件下积极开展了对ADC的研究，并取得了令人鼓舞的成果，但是与国际水平相比尚有差距，电路结构设计也略显单调，折叠式、流水线型、E一△型结构鲜见报道。统计资料表明，8-12位精度范围的高速A/D转换器是应用最广泛、需求最迫切的品种，因此研制出我国具有自主知识产权的高速高精度、高速、低功耗的ADC具有十分重要的意义。目前市场化的ADC有多种结构，如并行(Flash，或称Parallel)A DC,逐次逼近型ADC、积分型ADC,压频变换型ADC以及流水线型ADC和Delta-Sigma型ADC等，其中后两种ADC是新发展起来的，这些ADC各有各的特点，根据不同的应用场合，选用的ADC的结构也是不同的。

基本原理：

并行ADC转换器是目前速度很快的一种结构。该结构在设计思想很容易理解。一个n位的并行ADC包含2n-1个比较器和2n-1个参考电压值(对于一般的电压模电路，对于电流模电路，是参考电流值)。每一个比较器对输入信号采样并把输入信号与参考电压相比较，然后每一个比较器产生一位输出，表明输入信号比参考电压大还是小。2n-1个比较器输出通常称为温度计代码。该名称的来源是，如果把比较器的输出根据参考电压值的大小顺序排成一列，所有的1都在下面，所有的0都在上面，0和1的分界线表示信号值所在的范围，由于和水银温度计表示温度的方法相类似，因此称为温度计代码。如图为一个简单的3位并行ADC的结构图。译码器把比较器产生的温度计代码转换成如表所示的二进制代码。如图所示，所有的比较器并行工作。因此，转换速度仅仅受比较器的速度或采样速度的限制，所以并行ADC具有很高转换速度。

并行ADC的不足之处是硬件需求量大和对比较器偏移比较敏感。上面己经提到，一个n位的ADC需要2n-1个比较器。因此，高分辨率的并行ADC需要较大的芯片面积，这样电路的功耗也增加很多。此外，大量的比较器使采样电路要驱动很大的电容。n位分辨率的并行ADC要求比较器的偏移小于VR/2n。在较高的分辨率下，这要求比较器的偏移非常小。由于小偏移的比较器设计难度大、价格高，而且所用的比较器数量很大，因此超过8位的ADC很少用全并行结构。