Convertoare de tip pipe-line

Convertoare de tip pipe-line

In general timpul de conversie al unui convertor analog numeric este definit ca intervalul de timp scurs din momentul esantionarii semnalului analogic pana la generarea codului numeric corespunzator . In multe aplicatii intereseaza mai mult perioada cu care poate fi esantionat semnalul, decat intarzierea cu care este generata iesirea. In schemele prezentate pana acum, cei doi timpi erau practice identici (se poate prelua un nou semnal dupa ce s-a terminat prelucrarea semnalului precedent).

O categorie de convertoare de mare viteza utilizeaza principiul "pipe-line", bazat pe mai multe convertoare, prelucrand simultan esantioane succesive ale semnalului. Pe aceasta cale se obtin convertoare cu o perioada de esantionare de cateva ori mai mica decat timpul propriu-zis de realizare a unei conversii. Altfel spus, convertorul introduce o intarziere mai mare decat perioada de esantionare. La limita, acestea pot fi convertoare de 1 bit (comparatoare), conform schemei din figura.

Schema acestui convertor de n biti functioneaza in n tacte. Cele n sectiuni ale convertorului sunt separate prin circuite de esantionare memorare . Acestea esantioneaza simultan semnalele prezente la intrarile lor. Primul CAN compara semnalul de intrare cu .CNA care urmeaza preia bitul dat de CAN si genereaza, la randul lui o tensiune egala cu 0 sau cu , dupa cum bitul de intrare are valoarea 0 sau 1. Aceasta valoare se scade din semnal, iar reziduul" astfel obtinut se aplica la etajul urmator, care il compara cu , si asa mai departe. Ca urmare, la primul tact, in prima celula se obtine primul bit, la tactul al doilea se obtine in celula a doua bitul al doilea, iar in prima celula al urmatorului esantion, si asa mai departe. Perioada tactului, determinata de timpul de conversie al unei celule, poate avea valori reduse. Perioada de esantionare este data de acest tact, dar rezultatul referitor la o conversie se obtine la iesirea logicii de reordonare dupa n tacte. Aceasta configuratie corespunde unui convertor de tip serie.

In urmatoarea figura este data o schema in care se utilizeaza mai multe sectiuni de 4 biti (configuratie paralel-serie).

Numarul total de biti obtinuti nu este totusi egal cu numarul de sectiuni inmultit cu 4. Aceasta deoarece la fiecare din treptele ce urmeaza dupa prima este necesara o operatie de corectie care consuma un bit. Astfel, daca in schema din figura precedenta se utilizeaza 3 sectiuni, numarul de biti obtinuti va . Necesitatea operatiei de corectie rezulta in primul rand din faptul ca fiecare din sectiuni lucreaza cu aproximare prin trunchiere, asa incat reziduul sa fie in permanenta pozitiv, iar convertorul, in ansamblu, lucreaza cu aproximatie prin rotunjire.

In al doilea rand, fiecare din convertoarele paralel de 4 biti poate fi afectat de o eroare de neliniaritate, ce poate eventual depasi pasul de cuantizare. Eroarea respectiva poate fi corectata prin adaugarea bitului suplimentar. Pentru a ilustra aceasta idee, se considera un convertor cu 2 sectiuini, prima de 4 biti, a doua de 5 biti. La iesirea primului CAN se obtine valoarea trunchiata la 4 biti incluzand insa si o anumita eroare de neliniaritate.

Notand cuvaloarea exacta a semnalului de intare, semnalul la iesirea primului CAN corespunde valorii

unde reprezinta eroare de trunchiere la 4 biti, iar este eroarea de neliniaritate a primului convertor. Dupa CAN, care are o precizie corespunzatoare unui convertor de 8 biti, se obtine prin scadere

Dupa o a doua conversie se obtine

Unde reprezinta eroarea totala a convertorului al doilea.

Prin adunarea celor doua rezultate se obtine

Este posibil ca sa depaseasca nivelul al primului convertor de 4 biti. De aceea, este necesar un bit suplimentar la a doua conversie, pentru a putea corecta eroarea primei conversii.