Một trong những cách nhanh nhất để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là sử dụng ADC flash. Loại ADC này có thể chuyển đổi tín hiệu đầu vào tần số rất cao, chẳng hạn như tín hiệu được tìm thấy trên máy hiện sóng hoạt động trong phạm vi GHz. Tuy nhiên, ADC flash không hoàn hảo vì chúng tiêu thụ nhiều điện năng hơn các ADC khác và bị giới hạn ở độ phân giải thấp, thường không quá 8 bit vì số lượng bộ so sánh cần thiết cho ADC flash tăng theo cấp số nhân với số lượng bit.

Kiến trúc và thành phần của Flash ADC

Kiến trúc của ADC flash N-bit dựa trên một bộ so sánh 2N-1 đo tín hiệu tương tự và chuyển đổi thành đầu ra kỹ thuật số. Mỗi bộ so sánh có điện áp tham chiếu riêng. Điện áp tham chiếu tăng tuyến tính cho mỗi bộ so sánh. Điện áp tham chiếu được tạo ra bởi một mạng lưới chia điện trở chia điện áp tham chiếu thành 2N bước bằng nhau.

Thông thường, các bộ so sánh được sắp xếp theo một loạt các tầng băng thông rộng, độ lợi thấp. Các bộ so sánh này được thiết kế để giảm thiểu độ lệch điện áp bằng cách đảm bảo độ lệch đầu vào cho mỗi bộ so sánh nhỏ hơn LSB mong muốn của ADC, ngăn không cho độ lệch bộ so sánh kích hoạt bộ so sánh lên mức logic cao một cách sai lầm (1). Đầu ra của mỗi bộ so sánh được giữ bởi một chốt phục hồi, có phản hồi tích cực buộc trạng thái cuối cùng phải được đặt thành 1 hoặc 0. Chốt phục hồi nhanh hơn các kiến ​​trúc vòng hở vì có phản hồi tích cực.

Hoạt động Flash-ADC

Đầu ra của mỗi bộ so sánh sẽ là 1 hoặc 0, tùy thuộc vào việc đầu vào tương tự cao hơn hay thấp hơn điện áp tham chiếu. Nếu điện áp của một bộ so sánh là 1, điện áp của tất cả các bộ so sánh thấp hơn cũng sẽ là 1, vì các đầu vào tương tự cũng sẽ cao hơn điện áp tham chiếu của các bộ so sánh đó. Đó là lý do tại sao đầu ra của tất cả các bộ so sánh tạo ra mã nhiệt kế, được giải mã thành mã nhị phân bởi bộ mã hóa ưu tiên.

Như bạn có thể thấy, quá trình chuyển đổi (lấy mẫu và lượng tử hóa) chỉ diễn ra ở bước đầu tiên. Bộ mã hóa ưu tiên là một logic tổ hợp, chỉ tạo ra độ trễ lan truyền. Đó là lý do tại sao nó số hóa tín hiệu trong một chu kỳ xung nhịp duy nhất. Tuy nhiên, tốc độ này đi kèm với sự đánh đổi. So với các loại ADC khác, chẳng hạn như ADC nội suy liên tục hoặc ADC delta-sigma, ADC flash kém chính xác hơn. Sự khác biệt này là do cần sử dụng một số lượng lớn bộ so sánh và điện trở trong ADC flash, điều này có thể dẫn đến độ không chính xác do không khớp thành phần hoặc nhiễu.

Sử dụng ADC Flash

1. ADC flash là một loại bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số có thể xử lý các tín hiệu tần số cao, chẳng hạn như tín hiệu được sử dụng trong radar, vô tuyến, thử nghiệm và hệ thống quang học.
2. Nó cũng được sử dụng trong các vòng điều chế delta-sigma.
3. Bộ ADC flash có thể lưu trữ nhiều bit trên mỗi ô trong bộ nhớ flash NAND bằng cách sử dụng các mức điện áp khác nhau.

Nhược điểm của ADC flash

1. Tiêu thụ điện năng: Flash ADC tiêu thụ rất nhiều điện năng, khiến chúng không phù hợp với các hệ thống chạy bằng pin hoặc công suất thấp. Giảm mức tiêu thụ điện năng bằng cách sử dụng điện áp thấp hơn có thể ảnh hưởng đến phạm vi động và kiến ​​trúc phạm vi phụ có thể giúp giảm bớt vấn đề này.
2. Yêu cầu về không gian trên chip/PCB và linh kiện: Flash ADC yêu cầu nhiều linh kiện hơn so với các loại ADC khác, dẫn đến thiết kế lớn hơn và phức tạp hơn. Số lượng bộ so sánh tăng theo cấp số nhân với độ phân giải của ADC, khiến việc triển khai ADC flash có độ phân giải cao trong không gian hạn chế trở nên khó khăn. Sử dụng kiến ​​trúc có thể gập lại có thể giúp giảm kích thước.
3. Độ phân giải hạn chế (lỗi DNL và INL): ADC Flash có độ phân giải hạn chế vì chúng yêu cầu nhiều bộ so sánh hơn khi độ phân giải tăng. Sự phức tạp này hạn chế việc sử dụng chúng trong các ứng dụng yêu cầu độ phân giải cao, chẳng hạn như âm thanh hoặc video.

‍

‍