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 < ½ LSB时,所有输出均为LOW
当½ LSB < Vin < 1½ LSB时,COMP1等于HI
当1½ LSB < Vin < 2½ 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
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。
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。