Un ADC flash (también conocido como ADC de conversión directa ) es un tipo de convertidor de analógico a digital que usa una escalera de voltaje lineal con un comparador en cada "peldaño" de la escalera para comparar el voltaje de entrada con voltajes de referencia sucesivos. A menudo, estas escaleras de referencia están formadas por muchas resistencias ; sin embargo, las implementaciones modernas muestran que también es posible la división capacitiva de voltaje. La salida de estos comparadores generalmente se alimenta a un codificador digital, que convierte las entradas en un valor binario (las salidas recopiladas de los comparadores se pueden considerar como un valor unario ).
Beneficios e inconvenientes
Los convertidores flash son extremadamente rápidos en comparación con muchos otros tipos de ADC, que generalmente se limitan a la respuesta "correcta" en una serie de etapas. Comparado con estos, un convertidor flash también es bastante simple y, aparte de los comparadores analógicos, solo requiere lógica para la conversión final a binario .
Para obtener la mejor precisión, a menudo se inserta un circuito de seguimiento y retención frente a la entrada del ADC. Esto es necesario para muchos tipos de ADC (como ADC de aproximación sucesiva ), pero para los ADC flash no existe una necesidad real, porque los comparadores son los dispositivos de muestreo.
Un convertidor flash requiere una gran cantidad de comparadores en comparación con otros ADC, especialmente a medida que aumenta la precisión. Un convertidor flash requierecomparadores para una conversión de n bits. El tamaño, el consumo de energía y el costo de todos esos comparadores hacen que los convertidores flash generalmente no sean prácticos para precisiones mucho mayores de 8 bits (255 comparadores). En lugar de estos comparadores, la mayoría de los demás ADC sustituyen por circuitos lógicos y / o analógicos más complejos que se pueden escalar más fácilmente para una mayor precisión .
Implementación
Los Flash ADC se han implementado en muchas tecnologías, que van desde tecnologías bipolares basadas en silicio (BJT) y FET de óxido metálico complementario ( CMOS ) hasta tecnologías III-V de uso poco frecuente . A menudo, este tipo de ADC se utiliza como una primera verificación de circuito analógico de tamaño mediano.
Las primeras implementaciones consistieron en una escalera de referencia de resistencias bien emparejadas conectadas a un voltaje de referencia. Cada toma en la escalera de resistencias se usa para un comparador, posiblemente precedida por una etapa de amplificación , y por lo tanto genera un 0 o 1 lógico dependiendo de si el voltaje medido está por encima o por debajo de la tensión de referencia de la toma de resistencia . La razón para agregar un amplificador es doble: amplifica la diferencia de voltaje y, por lo tanto, suprime el desplazamiento del comparador, y el ruido de retroceso del comparador hacia la escalera de referencia también se suprime fuertemente. Normalmente se producen diseños desde 4 bits hasta 6 bits y, a veces, 7 bits.
Se han demostrado diseños con escaleras de referencia capacitivas de ahorro de energía. Además de registrar el (los) comparador (es), estos sistemas también muestrean el valor de referencia en la etapa de entrada. Como el muestreo se realiza a una velocidad muy alta, la fuga de los condensadores es insignificante.
Recientemente, se ha introducido la calibración de compensación en los diseños de ADC flash. En lugar de circuitos analógicos de alta precisión (que aumentan el tamaño de los componentes para suprimir la variación), se miden y ajustan comparadores con errores de compensación relativamente grandes. Se aplica una señal de prueba y el desplazamiento de cada comparador se calibra por debajo del valor LSB del ADC.
Otra mejora de muchos ADC flash es la inclusión de corrección de errores digital. Cuando el ADC se utiliza en entornos hostiles o se construye a partir de procesos de circuitos integrados muy pequeños, existe un mayor riesgo de que un solo comparador cambie de estado aleatoriamente dando como resultado un código incorrecto. La corrección de errores de burbuja es un mecanismo de corrección digital que evita que un comparador que, por ejemplo, se haya disparado alto, informe de lógica alta si está rodeado de comparadores que informan de lógica baja.
ADC plegable
El número de comparadores se puede reducir un poco agregando un circuito de plegado en la parte delantera, haciendo un llamado ADC plegable . En lugar de usar los comparadores en un ADC flash solo una vez, durante una señal de entrada de rampa, el ADC plegable reutiliza los comparadores varias veces. Si se usa un circuito plegable m veces en un ADC de n bits, el número real de comparador se puede reducir de a (siempre se necesita uno para detectar el cruce de rango). Los circuitos plegables típicos son el multiplicador de Gilbert y los circuitos OR cableados analógicos .
Solicitud
La frecuencia de muestreo muy alta de este tipo de ADC permite aplicaciones de alta frecuencia (generalmente en un rango de pocos GHz) como detección de radar , receptores de radio de banda ancha , equipos de prueba electrónicos y enlaces de comunicación óptica . Más a menudo, el ADC flash está integrado en un IC grande que contiene muchas funciones de decodificación digital.
También puede haber un pequeño circuito ADC flash dentro de un bucle de modulación delta-sigma .
Los ADC flash también se utilizan en la memoria flash NAND , donde se almacenan hasta 3 bits por celda como nivel de 8 voltajes en puertas flotantes.
Referencias
- Conversión de analógico a digital
- Comprensión de los ADC Flash
- "Convertidores integrados de analógico a digital y de digital a analógico", R. van de Plassche, ADC, Kluwer Academic Publishers, 1994.
- "Un multiplicador preciso de cuatro cuadrantes con respuesta de subnanosegundos", Barrie Gilbert, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 3, núm. 4 (1968), págs. 365–373