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[数据转换器-信号链]

闪存和管线转换器工作原理探究

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梅花望青竹|  楼主 | 2012-12-6 23:19 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
在本部分,我们将对闪存和管线架构转换器进行分析;而在第 9 部分我们将对逐次逼近型和Δ-Σ型转换器器件进行探讨分析。
图 1 中的闪存转换器可能是拓扑结构最为简单的转换器。

图 1 3 位闪存 ADC

一款 N 位闪存转换器是由 2N-1 个转换器、2N 个寄存器以及一个可将结果分类成二进制代码的逻辑网络组成的。在此结构中,Vref 等于该转换器的满量程电压。
该电阻串的值是这样的:比较器 1 (COMP1) 反相输入端的电压为 LSB 的一半,而电阻阶跃的其他电压则与 LSB 相等。因此,COMP2 的反相输入电压为 LSB 的 1.5 倍。
  • 当 Vin < ? LSB 时,所有输出均为 LOW
  • 当 ? LSB < Vin < 1? LSB 时,COMP1 等于 HI
  • 当 1? LSB < Vin < 2? LSB 时,COMP1 和 COMP2 均等于 HI
随着 Vin 振幅的增加,高输出比较器的输出数值也会增加。由二进制转换逻辑负责将本系列比较器输出变为单个二进制代码。
闪存转换器在速度方面颇具优势,其速度限制因素为比较器和逻辑网络的传输时间。其缺点主要体现在所需的高精电阻器 (2N) 和比较器 (2N-1) 的数量上,一款 8 位转换器需要 255 个比较器。
将管线转换器视为一个 1 位闪存转换器的串联电阻串,如图 2 所示。

图 2 简化的管线转换器架构
(点击图像可以放大)

该管线转换器为一个时钟拓扑,其每一个动作都是根据时钟计时周期进行的。在第一个时钟上,采样与保持模块 (S/H1) 对应用信号 Vin 进行采集。该电压 (V1) 被施加到比较器 B1 上。如果 V1< Vref,那么 SW1A 则处于关闭状态,V1 被放大 2 倍,且由此得出的结果被施加到下一级;如果 V1> Vref,那么 SW1B 则处于关闭状态,V1 - Vref 的值被放大 2 倍,且由此得出的结果被施加到下一级。

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沙发
梅花望青竹|  楼主 | 2012-12-6 23:19 | 只看该作者
当 SW1A 处于关闭状态时,实现了对一个二进制零点的记录以实现最高有效位 (MSB)。这是因为该施加电压小于满量程电压 (Vfs/2) 的一半。当 SW1B 处于关闭状态时,实现了对一个二进制零点的记录以实现 MSB,因为该施加电压大于满量程电压 (Vfs/2) 的一半。在下一个时钟周期的第二个级上将重复这一个过程,以确定 MSB -1 的值。
下列数字示例有助于对该动作进行阐明:
  • 如果 Vfs = 5.0V,则 Vref = 2.5V。
    Vin = 3.70V 时,V1 = 3.70V。
  • 由于 V1 > Vref,所以 SW1B 处于关闭状态且 MSB = 1
  • 第一个放大器的输入电压为 3.7 - 2.5 = 1.2V,且 V2 = 2 × 1.2 = 2.4 V
  • 由于 V2 < Vref,所以 SW2A 处于关闭状态且 MSB - 1 = 0
由于目前第一个级处于闲置状态,因此其将处理下一个模拟输入值。一个 N 位结果的完整转换需要 N 个时钟周期。然而,各结果之间的时间正好是一个时钟周期。模拟输入事件和数字输出结果显示之间的时滞将为 N 个时钟周期,该时滞被称为数据时延

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板凳
hawksabre| | 2012-12-7 18:06 | 只看该作者
学习了  谢谢楼主   这一块分析的很到位   谢谢   呵呵   努力中   呵呵

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地板
Redstar2012| | 2012-12-7 22:25 | 只看该作者
这对于闪存与管线转换器的分析挺透彻的,值得看看。

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