并行比较型(A/D)转换器

时间：2023-03-13作者：佚名

１.转换方式
直接转换ADC。
２.电路结构
3位并行比较型A/D转换器原理电路如图1所示。它由电阻分压器、电压比较器、寄存器及编码器组成。
并行比较型(A/D)转换器

图1 3位并行A/D转换器
３.工作原理
图中的8个电阻将参考电压V_REF分成8个等级，其中7个等级的电压分别作为7个比较器 C₁～C₇的参考电压，其数值分别为V_REF/15、3V_REF/15…、13V_REF/15。输入电压为v₁，它的大小决定各比较器的输出状态，如当0≤v₁< V_REF/15时，C₇～C₁的输出状态都为0；当3V_REF/15≤v₁＜5V_REF/15时，比较器C₆和C₇的输出C_O6=C_O7=1，余各比较器的状态均为0。根据各比较器的参考电压值，可以确定输入模拟电压值与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由D触发器存储，经优先编码器编码，得到数字量输出。优先编码器优先级别最高是I₇ ，最低的是I₁。
设v₁变化范围是 0～V_REF，输出3位数字量为D₂D₁D₀,3位并行比较型A/D转换器的输入、输出关系如表1所示。

　　　　　　　　　　　　　　表1 3位并行A/D转换器输入与输出关系对照表

模拟输入	比较器输出状态							数字输出
模拟输入	C_O1	C_O2	C_O3	C_O4	C_O5	C_O6	C_O7	D₂	D₁	D₀
0≤v₁< V_REF/15	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
V_REF/15≤v₁<3V_REF/15	0	0	0	0	0	0	1	0	0	1
3V_REF≤v₁<5V_REF/15	0	0	0	0	0	1	1	0	1	0
5V_REF≤v₁<7V_REF	0	0	0	0	1	1	1	0	1	1
7V_REF/15≤v₁<9V_REF/15	0	0	0	1	1	1	1	1	0	0
9V_REF/15≤v₁<11V_REF/15	0	0	1	1	1	1	1	1	0	1
11V_REF/15≤v₁<13V_REF/15	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0
13V_REF≤v₁< V_REF	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

４.特点
(1)由于转换是并行的，其转换时间只受比较器、触发器和编码电路延迟时间的限制，因此转换速度最快。
(2)随着分辨率的提高，元件数目要按几何级数增加。一个n位转换器，所用比较器的个数为2ⁿ-1，如8位的并行A/D转换器就需要2⁸-1=255个比较器。由于位数愈多，电路愈复杂，因此制成分辨率较高的集成并行A/D转换器是比较困难的。
(3)精度取决于分压网络和比较电路。
(4)动态范围取决于VREF。
单片集成并行比较型A/D转换器的产品很多，如AD公司的AD9012（TTL工艺，8位）、AD9002(ECL工艺，8位)、AD9020(TTL工艺，10位)等。
５.改进方法
为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采取分级并行转换的方法。10位分级并行A/D转换原理如图2所示。图中输入模拟信号v₁，经取样-保持电路后分两路，一路先经第一级5位并行A/D转换进行粗转换得到输出数字量的高5位，另一路送至减法器，与高5位D/A转换得到的模拟电压相减。由于相减所得到的差值电压小于1V_LSB，为保证第二级A/D转换器的转换精度，将差值放大2⁵=32倍，送第二级5位并行比较A/D转换器，得到低5位输出。这种方法虽然在速度上作了牺牲，却使元件数大为减少，在需要兼顾分辨率和速度的情况下常被采用。
并行比较型(A/D)转换器