Флэш-АЦП

Флэш -АЦП (также известный как АЦП прямого преобразования ) — это тип аналого-цифрового преобразователя , который использует линейную лестницу напряжения с компаратором на каждой «ступеньке» лестницы для сравнения входного напряжения с последовательными опорными напряжениями. Часто эти эталонные лестницы состоят из множества резисторов ; однако современные реализации показывают, что емкостное деление напряжения также возможно. Выходные данные этих компараторов обычно подаются в цифровой кодер, который преобразует входные данные в двоичное значение (собранные выходные данные компараторов можно рассматривать как унарное значение).

Преимущества и недостатки

Флэш-конвертеры отличаются высокой скоростью по сравнению со многими другими АЦП, которые обычно позволяют получить правильный ответ за несколько этапов. По сравнению с ними флэш-конвертер также довольно прост и, помимо аналоговых компараторов, требует только логики для окончательного преобразования в двоичный формат .

Для обеспечения максимальной точности отслеживания и удержания перед входом АЦП часто вставляют схему . Это необходимо для многих типов АЦП (например, АЦП последовательного приближения ), но для флэш-АЦП в этом нет реальной необходимости, поскольку компараторы являются устройствами выборки.

Флэш-конвертер требует большого количества компараторов по сравнению с другими АЦП, особенно при повышении точности. Например, для флэш-конвертера требуется $2^{n}-1$ компараторы для n -битного преобразования. Размер, энергопотребление и стоимость всех этих компараторов делают флэш-конвертеры обычно непрактичными для точности, намного превышающей 8 бит (255 компараторов). Вместо этих компараторов большинство других АЦП заменяют более сложную логику и/или аналоговую схему, которую легче масштабировать для повышения точности .

Выполнение

Флэш-АЦП используются во многих технологиях: от биполярных (BJT) на основе кремния и комплементарных металлооксидных полевых транзисторов ( КМОП ) до редко используемых технологий III-V . Этот тип АЦП часто используется в качестве первого средства проверки аналоговых схем среднего размера.

Самые ранние реализации состояли из эталонной лестницы хорошо согласованных резисторов, подключенных к опорному напряжению. Каждый отвод резисторной лестницы используется для одного компаратора, которому, возможно, предшествует каскад усиления , и, таким образом, генерирует логический 0 или 1 в зависимости от того, находится ли измеренное напряжение выше или ниже опорного напряжения делителя напряжения . Причина добавления усилителя двоякая: он усиливает разницу напряжений. Таким образом, он подавляет смещение компаратора, а также сильно подавляется шум отдачи компаратора в сторону опорной лестницы. Обычно выпускаются проекты от 4 до 6-битных, а иногда и 7-битных.

Продемонстрированы конструкции с энергосберегающими емкостными эталонными лестницами. Помимо синхронизации компараторов, эти системы также производят выборку опорного значения на входном каскаде. Поскольку отбор проб осуществляется с очень высокой скоростью, утечка конденсаторов незначительна.

Недавно в конструкции флэш-АЦП была введена калибровка смещения. Вместо высокоточных аналоговых схем (которые увеличивают размер компонентов для подавления отклонений) измеряются и настраиваются компараторы с относительно большими ошибками смещения. Затем подается тестовый сигнал, и смещение каждого компаратора калибруется ниже значения младшего разряда АЦП.

Еще одним усовершенствованием многих флэш-АЦП является включение цифровой коррекции ошибок. Когда АЦП используется в суровых условиях или создан на основе очень небольших интегральных схем, существует повышенный риск того, что одиночный компаратор случайно изменит состояние, что приведет к неправильному коду. Пузырьковая коррекция ошибок — это механизм цифровой коррекции, который не позволяет компаратору, который, например, сработал на высоком уровне, сообщать о высоком логическом уровне, если он окружен компараторами, которые сообщают о низком логическом уровне.

Складной АЦП

Количество компараторов можно несколько уменьшить, добавив спереди схему сворачивания, сделав так называемый сворачивающийся АЦП . Вместо того, чтобы использовать компараторы во флэш-АЦП только один раз, сворачивающий АЦП повторно использует компараторы несколько раз во время линейного входного сигнала. Если m -разрядном АЦП используется схема свертывания в n раз , фактическое количество компараторов может быть уменьшено с $2^{n}-1$ к ${\frac {2^{n}}{m}}$ (всегда необходимо обнаружить пересечение диапазона). Типичными складными схемами являются умножитель Гилберта и аналоговые с проводным ИЛИ схемы .

Приложение

Очень высокая частота дискретизации этого типа АЦП позволяет использовать высокочастотные приложения (обычно в диапазоне нескольких ГГц), такие как обнаружение радаров , широкополосные радиоприемники, электронное испытательное оборудование и оптические линии связи. Более того, флэш-АЦП часто встроен в большую микросхему, содержащую множество функций цифрового декодирования.

может присутствовать небольшая схема флэш-АЦП Кроме того, внутри контура дельта-сигма модуляции .

Флэш-АЦП также используются во флэш-памяти NAND сохраняется до 3 битов , где на ячейку в виде 8 уровней напряжения на плавающих затворах.

Ссылки

Аналого-цифровое преобразование
Общие сведения о флэш-АЦП
«Интегрированные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи», Р. ван де Пласше, АЦП, Kluwer Academic Publishers, 1994.
«Точный четырехквадрантный умножитель с субнаносекундным откликом», Барри Гилберт, Журнал IEEE твердотельных схем, Vol. 3, № 4 (1968), стр. 365–373.