Convertoare analog numerice Flash (cu comparare paralela)

Convertoare analog numerice Flash (cu comparare paralela)

Realizarea unei conversii analog numerice consta in compararea semnalului analogic u_i cu o marire de referinta V_REF. Un circuit comparator este un CAN paralel de un bit. In acest caz la cele doua intrari ale comparatorului se aplica tensiunea de intrare si tensiunea de referinta. Iesirea comparatorului reprezinta bitul b₁ al semnalului.

Realizarea unui CAN de N biti se obtine prin compararea simultana a semnalului de intrare cu 2^N-1 comparatoare iar valorile de referinta sunt realizate din tensiunea de referinta folosind un divizor de precizie. Structura unui astfel de convertor este prezentata in figura 5.16

Astfel pentru 8 biti de iesire sunt necesare 255 de comparatoare iar pentru 10 biti acest numar creste la 1025. Tensiunea de referinta V_REF este aplicata unei retele rezistive de precizie astfel incat fractiunea de referinta aplicata intrarii inversoare a fiecarui comparator sa fie cu 1LSB mai mare decat cea de la comparatorul de rang superior. Comparatoarele realizeaza atribuirea marimii de intrare de pe intrarea neinversoare unui interval de cuantizare. Toate comparatoarele care au referinta mai mica decat valoarea de intrare vor avea la iesire 1 logic iar restul 0 logic. Se obtine astfel o codare termometrica a marimii de intrare. Datorita numarului mare de biti necesar (2^N-1) codul termometric rezultat se aplica unui codificator cu 2^N-1 intrari si N iesiri rezultand codul numeric dorit.

Acest tip de convertor obtine toti bitii de iesire simultan, de unde si denumirea de flash. Numarul mic de operatii si simplitatea lor face ca viteza acestui tip de convertor sa fie foarte ridicata. Principalul dezavantaj este rezolutia limitata datorita cresterii foarte mult a numarului de componente odata cu cresterea numarului de biti de iesire.

Convertoarele flash sunt cele mai rapide convertoare existente in momentul de fata putandu-se obtine frecvente de esantioane de pana la 1GHz la convertoare precum MAX104 produs de Maxim. Rezolutia tipica pentru convertoare analog numerice flash este de 8 biti datorita numarului mare de componente ceea ce duce si la cresterea excesiva a capacitatii parazite de intrare si puterii consumate. Din aceste considerente CAN flash comerciale se realizeaza pe 6 sau 8 biti cu frecvente de esantionare mai mari de 400 MHz.

1 Consecinte de realizare fizica a convertoarelor de mare viteza.

Presupunand ca pentru un convertor analog numeric de 6 biti frecventa de esantionare este de 400 Mhz iar daca frecventa semnalului de intrare este de 200 Mhz cu o valoare varf la varf a tensiunii egala cu V_REF, acuratetea impulsului de clock trebuie sa fie:

Daca semnalul electric are viteza de propagare de aproximativ 1ps/μm pentru metal in circuitul integrat, atunci lungimea traseului de metal de la generatorul de cloch la fiecare comparator trebuie sa fie mai mic sau egal cu 12,5 μm. Astfel, in cazul in care se doreste cresterea vitezei de esantionare trebuie avuta mare grija la proiectarea layout-ului. De exemplu pentru un convertor de 4 biti legaturile dintre generatorul de clock si comparatoare poate fi facut ca in figura 5.19.

Deasemena proiectarea comparatoarelor din structura convertoarelor analog numerice de tip flash este ceva mai deosebita decat cea a comparatoarelor obisnuite. Etajul de intrare al comparatorului este proiectat sa aiba amplificare mica in modul de