Последовательно-параллельный АЦП

Структуру АЦП можно упростить, если выходной код получать не одновременно, а по частям. Естественно, что последовательность получения частей выходного кода приводит к снижению быстродействия устройства. Данный принцип и реализуют последовательно-параллельные АЦП. При этом используется либо метод разделения преобразования в пространстве (многоступенчатые АЦП), либо во времени (многотактные АЦП).

На рис.11.16 приведена структура двухступенчатого АЦП. Входное напряжение преобразуется 4-х разрядным АЦП первой ступени и его выходной код записывается в регистр результата и при помощи 4-х разрядного ЦАП преобразуется в аналоговый эквивалент. Вычитание этого эквивалента из входного напряжения создает напряжение ошибки преобразования, которая повторно преобразуется 4-х разрядным АЦП второй ступени. Записывая полученные результаты повторного преобразования в младшие разряды регистра результата, получаем 8-ми разрядный выходной код. При этом необходимое число компараторов снижается с 255 ( ) до 30 ( ).

Рис.11.16. Двухступенчатый конвейерный АЦП

Очевидно, что используя рассмотренный принцип можно строить и многоступенчатые преобразователи. В общем случае, увеличение числа ступеней приводит к увеличению задержки получения конкретного (первого) результата за счет последовательной работы ступеней схемы. При этом всегда работает только АЦП одной ступени, а остальные простаивают. Если на входе каждого АЦП запоминать значение входного аналогового сигнала (поставить устройства выборки-хранения), то все АЦП смогут работать одновременно. Так в двухступенчатой схеме АЦП первой ступени будет формировать старшие разряды для текущего входного напряжения, а АЦП второй ступени – младшие разряды для предыдущего значения. При этом темп получения выходной информации практически увеличится вдвое. Однако задержка от момента подачи входного сигнала до момента получения его цифрового эквивалента останется такой же, как и в исходном многоступенчатом АЦП. Данный принцип реализуют так называемые конвейерные АЦП.

В принципе для первого и повторного преобразований в схеме рис.11.16 можно использовать один АЦП. Это приведет к еще большему упрощению устройства, но снизит скорость преобразования. На рис.11.17. приведена структура многотактного АЦП, реализующего этот принцип. В этом случае, на каждом этапе преобразования необходимо изменять величину эталонного напряжения в раз, где - разрядность используемого АЦП.

Рис.11.17. Многотактный АЦП

Используя рассмотренный принцип можно строить АЦП, разрядность которых кратна разрядности внутреннего АЦП (8, 12).