模數轉換器：并行比較型和逐次逼近型

模數轉換器的分類

并行比較型模數轉換器

并行比較型模數轉換器（Parallel Comparative ADC）是模數轉換器的一種類型，其特點是轉換速度快，是所有A/D轉換器中速度最快的?，F代發展的高速ADC大多采用這種結構，采樣速率能達到1GSPS以上。并行比較型ADC采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉換，也稱為Flash型。由于轉換速率極高，n位的轉換需要2n-1個比較器，因此電路規模也極大，價格也高，只適用于視頻ADC轉換器等速度特別高的領域。

并行比較型模數轉換器結構由分壓器、比較器、寄存器和編碼器組成。分壓器由串聯n ―1個電阻R，以及1個電阻R/2組成，比較器有n一1個，寄存器（D觸發器）也有n -1個，編碼器由多個與非邏輯器件組成。

并行比較模數轉換器結構的優點是轉換速度比較快，且不需要采樣和保持電路，因為比較器和觸發器具有采樣和保持的功能。但是，隨著模數轉換器輸出數字信號位數增多，編碼器部分也越復雜，因此并行比較型模數轉換器一般用于輸出數碼不大于4的情況。

以下是3位并行ADC的工作原理圖：

但受到功率和體積的限制，并行比較ADC的分辨率難以做得很高。增加輸出代碼對轉換時間的影響較小，但隨著分辨率的提高，需要高密度的模擬設計以實現轉換所必需的數量很大的精密分壓電阻和比較器電路。輸出數字增加一位，精密電阻數量就要增加一倍，比較器也近似增加一倍。并行比較ADC的分辨率受管芯尺寸、輸入電容、功率等限制。結果重復的并聯比較器如果精度不匹配，還會造成靜態誤差，如會使輸入失調電壓增大。同時，這一類型的ADC由于比較器的亞穩壓、編碼氣泡，還會產生離散的、不精確的輸出，即所謂的“火花碼”。

逐次逼近型模數轉換器

逐次逼近型模數轉換器（Successive Approximation Converter）是一種常用的模數轉換器轉換方式。它通過逐步逼近輸入信號的數值來獲得逼近的數字輸出。

逐次逼近型模數轉換器從最高有效位（Most Significant Bit， MSB）開始，逐個比較并確定每個位的數字值。它使用一個逐次逼近調節器（Successive Approximation Register， SAR）來實現轉換過程。

逐次逼近型模數轉換器工作框圖和工作原理如上圖和下圖所示。該類型模數轉換器主要利用逐次逼近寄存器（SAR）對數據位依次置1，然后將SAR寄存器數字信號經數模轉換器（DIA）轉換得到模擬電壓up，電壓u，和偏移電壓（Ofiset voltage）的差值在和u。

比較，差值則比較器輸出C=1，說明SAR數字量大，SAR相應數據位置O，否則輸出C=O，說明SAR數字量小，SAR相應數據位置1，直到確定最低位為1或0。

工作原理如下：

1. 首先，將待轉換的模擬信號輸入逐次逼近調節器的比較器。

2. SAR根據當前比較器輸出的結果，將當前位設置為1或0，并將比較器的閾值相應地調整。

3. SAR將調整后的閾值輸入到比較器中，繼續進行下一位的比較。

4. 這個逼近過程重復進行，直到獲得所有位的數字值。

5. 最后，得到的數字值就是模數轉換器的輸出結果。

逐次逼近型模數轉換器通過遞歸的方式進行逼近，即每一位的比較取決于前一位的結果。它的轉換速度較快，并且可以在不需要大量電源的情況下實現高精度的模數轉換。逐次逼近型轉換器的分辨率取決于SAR的位數，越多的位數可以提供更高的分辨率。

逐次逼近型模數轉換器常用于低至中等分辨率的應用，例如傳感器測量、音頻信號采樣和通信系統等。它是一種廣泛應用且成本較低的模數轉換器轉換方式。

審核編輯：黃飛