Модулярное АЦП

В данной статье рассмотрены различные архитектуры модулярного АЦП(A/R), а так же их сравнение между собой.

Виды АЦП

Flash A/R Converter

Идеология абсолютно такая же, как и для обыкновенного АЦП.Для построения n-битного модулярного АЦП необходимо 2ⁿ-1 компараторов и 2ⁿ резисторов. Разница между модулярным и позиционным АЦП заключается в декодере. Ниже приведена схема для декодера унарного кода в модулярное представление.

Для любого входного значения X из M только один XOR будет на выходе генерировать логическую единицу,тем самым активируя буфер.Выход из каждого буфера является искомым остатком операции деления X по модулю mr.После этого данные попадают в ПЛМ(PLA) размерности mr на log2(mr-1).

Задержка распространения сигнала в модулярном АЦП определяется 4 параметрами:

• задержкой компаратора
• задержкой XOR
• задержкой буфера
• задержкой ПЛМ

Задержку позиционного АЦП определяет всего 2 параметра:

• задержка компаратора
• задержка ROM

Как правило,для больших чисел сумма задержки буфера,XOR и ПЛМ много меньше задержки ROM.

Iterative flash A/R converter

Схема является двухступенчатой: на первом этапе генерируется базовое значение,на втором остатки от деления.Аналоговый сигнал делится и подаётся на первый конвертер(FC1), который генерирует m старших битов частного. Они записываются в первый регистр(R1) при помощи мультиплексора.Далее начинается вторая стадия. Бинарное представление частного конвертируется в аналоговую форму и дифференциальный усилитель,на второй вход которого подаётся изначальный аналоговый сигнал. Далее происходит конвертирование аналогового сигнала в цифровое представление на FC2, которое и является модулярным видом числа. Процесс повторяется k раз,где k:

Двухступенчатый АЦП

На картинке ниже представлена архитектура АЦП,использующая модули {7,8,9}. Принцип работы очень похож на итерационный АЦП с той лишь разницей,что всё делается за 1 цикл. Остаток по модулю m3 являетcя выходом из конвертера ADC2. Два других остатка вычисляются по таблице. Использование этой таблицы удерживает на том же уровне энергопотребление и площадь,но создаёт дополнительную задержку.

АЦП последовательного приближения

Основная идея такая же как и при конвертировании в бинарное представление. Разница заключается в следующем:

• компаратор заменён на дифференциальный усилитель
• для генерации непосредственно остатков используется второй конвертер
• ЦАП изменён таким образом чтобы усиливать выход в mr раз,где mr - выбранный модуль.

Преобразование длится B+1 цикл, где И это количество битов в SAR, и разрешение n выбирается из условия M>=2ⁿ