Ацп одновременного считывания
АЦП одновременного считывания отличаются высоким быстродействием, но это качество окупается существенным усложнением схемного решения. Схема n-разрядного АЦП состоит из 2n резисторов и 2n-1 компараторов, размещенных, как это показано на рис. 33.7. На прямой вход каждого i го компаратора подается опорное напряжение Uоп i, причем, его значение отличается от опорного напряжения соседних компараторов на величину одного кванта Uкв. При фиксированном входном напряжении все компараторы, размещенные на схеме ниже некоторой точки, имеют входное напряжение выше опорного. На их логическом выходе формируется "1". У компараторов, расположенных выше этой точки, входное напряжение меньше опорного, и их логический выход устанавливается в "0". Поэтому 2n–1 выходов компаратора ведут себя аналогично ртутному термометру, и выходной код такого АЦП иногда называют кодом термометра. В реальных схемах код термометра преобразуется шифратором в n-разрядный двоичный код.
Входной сигнал подается на все компараторы сразу. Следовательно, задержка выходного сигнала по отношению к входному определяется только переходными процессами в одном компараторе и в n-разрядном кодере. Весь процесс преобразования осуществляется очень быстро. Максимальная частота дискретизации рассматриваемых АЦП может достигать 1 ГГц при ширине полосы пропускания по уровню полной мощности более 300 МГц.
Недостатки АЦП. Высокое быстродействие накладывает особые требования к режиму работы элементов схемы. Каждый компаратор должен иметь довольно высокий уровень потребления энергии. Кроме того, добавление одного разряда к общей разрешающей способности параллельного преобразователя требует удвоения количества компараторов и резисторов. Это ограничивает практическую разрешающую способность высокоскоростных параллельных преобразователей до 8 разрядов, так как при более высоких разрешающих способностях слишком велико выделение тепла. Следовательно, к недостаткам АЦП одновременного считывания относятся ограниченная разрешающая способность, высокий уровень рассеивания энергии вследствие большого количества высокоскоростных компараторов и относительно большие размеры кристалла (а потому – высокая стоимость).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
33.1. Какие функциональные узлы обязательны для делителя Кельвина?
33.2. Чем ЦАП с токовым выходом отличается от преобразователя Кельвина?
33.3. Четырехразрядный делитель Кельвина имеет Uоп = 1 В. Определите Uкв и Uвых делителя при поступлении на его вход кодовой комбинации 1010.
33.4. Четырехразрядный ЦАП с токовым выходом имеет Uоп = 1 В, R = 1000 Ом. Чему равен ток на выходе схемы, если на ее вход поступает кодовая комбинация 1010?
33.5. Определите число сегментов m, при котором в n разрядном ЦАП число звеньев делителя Кельвина (резистор – ЭК, плюс триггер) минимально. Найдите общую зависимость числа звеньев М от числа сегментов m.
33.6. В чем состоит суть АЦП методом последовательного счета?
33.7. Анализируя графики рис. 33.4, б, сформулируйте причину отклонения UЦАП. от Uвх.
33.8. Полагая максимальную скорость приращения входного сигнала равной ∆Uвх[В/С], сформулируйте требования к частоте дискретизации fд., при которой разность UЦАП – Uвх < Uкв..
33.9. В чем состоит суть АЦП методом поразрядного уравновешивания?
33.10. Приведите достоинства и недостатки АЦП одновременного считывания. Целесообразно ли применение к схеме рис. 33.7 секционирования?