并行比較型AD轉(zhuǎn)換器的工作原理和優(yōu)點

一、并行比較型AD轉(zhuǎn)換器的工作原理

并行比較型AD轉(zhuǎn)換器是模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）中速度最快的一種類型。其工作原理基于并行處理技術，通過多個比較器同時工作，將輸入的模擬信號與多個參考電壓進行比較，從而一次性完成所有位的轉(zhuǎn)換。

具體來說，并行比較型AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部包含一組精密的分壓電阻網(wǎng)絡，用于產(chǎn)生一系列階梯狀的參考電壓。這些參考電壓均勻分布在輸入模擬信號的范圍內(nèi)。當輸入信號被送入轉(zhuǎn)換器時，它會同時與所有參考電壓進行比較。每個比較器都連接到一個編碼器，當輸入信號大于或等于某個參考電壓時，對應的比較器輸出高電平（或低電平，取決于電路設計），否則輸出低電平（或高電平）。編碼器根據(jù)所有比較器的輸出，一次性生成與輸入模擬信號相對應的數(shù)字代碼。

三位并行比較型A/D轉(zhuǎn)換原理電路如圖所示，它由電壓比較器、寄存器和代碼轉(zhuǎn)換器三部分組成。電壓比較器中量化電平的劃分采用上一期中量化和編碼中的圖(b)所示的方式，用電阻鏈把參考電壓D2VREF壓，得到從1/15VREF ~ 13/15VREF之間7個比較電平,量化單位為2/15VREF。然后,把這7個比較電平分別接到7個比較器C1~C7，的輸入端作為比較基準。同時將要輸入的模擬電壓同時加到每個比較器的另一個輸入端上,與這7個比較基準進行比較。

二、并行比較型AD轉(zhuǎn)換器的組成

并行比較型AD轉(zhuǎn)換器主要由以下幾個部分組成：

1. 精密分壓電阻網(wǎng)絡 ：用于產(chǎn)生一系列階梯狀的參考電壓，這些電壓覆蓋了輸入模擬信號的整個范圍。分壓電阻的精度和穩(wěn)定性對轉(zhuǎn)換器的性能有重要影響。
2. 比較器陣列 ：由多個高速比較器組成，每個比較器都與一個參考電壓相連。比較器陣列并行工作，將輸入信號與所有參考電壓進行比較，并輸出比較結果。
3. 編碼器 ：接收比較器陣列的輸出信號，并將其轉(zhuǎn)換為與輸入模擬信號相對應的數(shù)字代碼。編碼器通常采用高速邏輯電路實現(xiàn)，以確保轉(zhuǎn)換速度。
4. 時鐘電路 ：雖然并行比較型AD轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中不需要多個時鐘周期來逐位轉(zhuǎn)換，但時鐘電路仍然用于控制轉(zhuǎn)換過程的開始和結束，以及可能的其他時序功能。
5. 控制電路 ：用于管理整個轉(zhuǎn)換過程，包括啟動轉(zhuǎn)換、讀取轉(zhuǎn)換結果等?？刂齐娐愤€可以提供與其他數(shù)字電路的接口，如微處理器或數(shù)字信號處理器（DSP）。

三、并行比較型AD轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點

并行比較型AD轉(zhuǎn)換器因其獨特的工作原理和組成結構，具有以下幾個顯著的優(yōu)點：

1. 轉(zhuǎn)換速度快 ：
   • 由于采用了并行處理技術，所有位的轉(zhuǎn)換同時完成，因此轉(zhuǎn)換速度非?？?。對于高速應用場合，如視頻信號處理、高速數(shù)據(jù)采集等，并行比較型AD轉(zhuǎn)換器是理想的選擇。
   • 轉(zhuǎn)換速率通?？梢赃_到納秒級甚至更高，遠高于其他類型的ADC。
2. 精度高 ：
   • 由于使用了精密的分壓電阻網(wǎng)絡和高速比較器，并行比較型AD轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換精度。雖然分辨率受到比較器數(shù)量和電路設計的限制，但在一定范圍內(nèi)仍然可以滿足高精度應用的需求。
3. 易于實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸 ：
   • 并行比較型AD轉(zhuǎn)換器的輸出是并行數(shù)字信號，可以直接與高速數(shù)字接口相連，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。這對于需要實時處理大量數(shù)據(jù)的應用場合尤為重要。
4. 靈活性高 ：
   • 可以通過調(diào)整分壓電阻的數(shù)量和比較器的位數(shù)來靈活配置轉(zhuǎn)換器的分辨率和速度。這使得并行比較型AD轉(zhuǎn)換器能夠適應不同應用場合的需求。
5. 抗干擾能力強 ：
   • 由于采用了并行處理技術，每個比較器都獨立工作，因此局部干擾對整體轉(zhuǎn)換結果的影響較小。此外，通過合理設計電路布局和采取適當?shù)钠帘未胧?，可以進一步提高轉(zhuǎn)換器的抗干擾能力。

然而，值得注意的是，并行比較型AD轉(zhuǎn)換器也存在一些缺點。例如，隨著分辨率的提高，比較器的數(shù)量急劇增加，導致電路規(guī)模龐大、功耗增加、成本上升。此外，由于所有比較器都需要同時工作，因此對時鐘信號的穩(wěn)定性和精度要求較高。在實際應用中，需要根據(jù)具體需求權衡這些優(yōu)缺點來選擇合適的ADC類型。