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闪速 ADC(并行模数转换器):设计、工作原理与应用

闪速 ADC 又称并行 A/D 转换器,是最直接的 ADC 架构。它由一系列比较器组成,每个比较器将模拟输入与一个不同的参考电压比较。比较器输出送入优先编码器生成二进制输出。下图展示 3 位闪速 ADC:

 

闪速 ADC(并行模数转换器):设计、工作原理与应用

 

参考电压(Vref) 由精密稳压器提供——为清晰起见原理图省略了稳压器。随着输入电压升高超过逐级参考电压,比较器依次饱和为高电平。优先编码器输出对应最高位有效比较器的二进制数,有效忽略低位信号。

 

ADC 运行时输出通常如下:

 

闪速 ADC(并行模数转换器):设计、工作原理与应用

 

许多实际设计中,全功能优先编码器并非必需。因比较器输出从最低参考电压到最高依次置高,最高位有效输入可用简单异或门网络选出,无需复杂编码器:

 

闪速 ADC(并行模数转换器):设计、工作原理与应用

 

编码器甚至可用二极管矩阵实现,凸显该拓扑可达到的极简元件数:

 

闪速 ADC(并行模数转换器):设计、工作原理与应用

 

闪速 ADC 的简洁性伴随极高速度;其极限仅在于比较器和逻辑门的传播延迟。但架构极其消耗元件:3 位需 7 个比较器,4 位需 15 个,每增加一位数量翻倍。因此 8 位闪速 ADC 需 255 个比较器——对大多数应用不切实际。

 

尽管元件成本高,闪速 ADC 仍有独特优势。参考分压电阻全等值时,每个二进制计数对应相同模拟增量,响应线性。专用应用中调整分压值可创建自定义非线性映射——其他 ADC 架构无大幅重设计无法做到。

 

相关工作表:

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