什么是并行比較型ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）

１.轉(zhuǎn)換方式
直接轉(zhuǎn)換ADC。

２.電路結(jié)構(gòu)
3位并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器原理電路如圖11.9.1所示。它由電阻分壓器、電壓比較器、寄存器及編碼器組成。

圖11.9.1 3位并行A/D轉(zhuǎn)換器

３.工作原理
圖中的8個電阻將參考電壓V_REF分成8個等級，其中7個等級的電壓分別作為7個比較器 C₁～C₇ 的參考電壓，其數(shù)值分別為V_REF/15、3V_REF/15…、13V_REF/15。輸入電壓為v₁，它的大小決定各比較器的輸出狀態(tài)，如當(dāng)0≤v₁ V_REF/15時，C₇～C₁的輸出狀態(tài)都為0；當(dāng)3V_REF/15≤v₁5V_REF/15時，比較器C₆和C₇的輸出C_O6=C_O7=1，余各比較器的狀態(tài)均為0。根據(jù)各比較器的參考電壓值， 可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關(guān)系。 比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲，經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到數(shù)字量輸出。 優(yōu)先編碼器優(yōu)先級別最高是I₇ ，最低的是I₁。
設(shè)v₁變化范圍是 0～V_REF，輸出3位數(shù)字量為D₂D₁D₀,3位并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出關(guān)系如表10.2.1所示。

表11.9.1 3位并行A/D轉(zhuǎn)換器輸入與輸出關(guān)系對照表

0≤v1 VREF/15

0

0

VREF/15≤v13VREF/15

3VREF≤v15VREF/15

5VREF≤v17VREF

7VREF/15≤v19VREF/15

9VREF/15≤v111VREF/15

11VREF/15≤v113VREF/15

13VREF≤v1 VREF

４.特點
(1)由于轉(zhuǎn)換是并行的，其轉(zhuǎn)換時間只受比較器、觸發(fā)器和編碼電路延遲時間的限制，因此轉(zhuǎn)換速度最快。
(2)隨著分辨率的提高，元件數(shù)目要按幾何級數(shù)增加。一個n位轉(zhuǎn)換器，所用比較器的個數(shù)為2ⁿ-1，如8位的并行A/D轉(zhuǎn)換器就需要2⁸-1=255個比較器。由于位數(shù)愈多，電路愈復(fù)雜，因此制成分辨率較高的集成并行A/D轉(zhuǎn)換器是比較困難的。
(3)精度取決于分壓網(wǎng)絡(luò)和比較電路。
(4)動態(tài)范圍取決于VREF。
單片集成并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品很多，如AD公司的AD9012（TTL工藝，8位）、AD9002(ECL工藝，8位)、AD9020(TTL工藝，10位)等。
５.改進(jìn)方法
為了解決提高分辨率和增加元件數(shù)的矛盾，可以采取分級并行轉(zhuǎn)換的方法。10位分級并行A/D轉(zhuǎn)換原理如圖11.9.2所示。圖中輸入模擬信號v₁，經(jīng)取樣-保持電路后分兩路，一路先經(jīng)第一級5位并行A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行粗轉(zhuǎn)換得到輸出數(shù)字量的高5位，另一路送至減發(fā)器，與高5位D/A轉(zhuǎn)換得到的模擬電壓相減。由于相減所得到的差值電壓小于1V_LSB，為保證第二級A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，將差值放大2⁵=32倍，送第二級5位并行比較A/D轉(zhuǎn)換器，得到低5位輸出。這種方法雖然在速度上作了犧牲，卻使元件數(shù)大為減少，在需要兼顧分辨率和速度的情況下常被采用。

圖11.9.2 分級并行轉(zhuǎn)換10位A/D轉(zhuǎn)換器