Convertitori paralleli (flash)
Gli ADC flash sono i convertitori più veloci infatti presentano tempi di conversione dell’ordine delle decine di nanosecondi. Questi convertitori sono necessari quando i segnali hanno frequenza elevata. Sappiamo infatti che Ts deve essere minore del periodo di campionamento. Ora, per un segnale video con fM = 5 MHz, si ha che:
Pertanto il Ts deve essere inferiore. Non si può quindi fare a meno di usare gli ADC flash, gli unici che consentono simili velocità. In figura 14 è mostrato lo schema circuitale di principio di un ADC flash a 3 bit.
Figura 14.
Il circuito è composto da 9 resistenze, 7 comparatori e un encoder con 7 ingressi e 3 uscite. Nel caso generale di ADC a n bit la struttura fonda-mentale è composta da 2n – 1 comparatori, 2n – 2 resistenze uguali di valo-re R, 2 resistenze di valore R/2 e 1 encoder.
Questi convertitori presentano notevoli problemi costruttivi, essendo difficile ottenerli proprio con 2n – 2 resistenze uguali con stessa tolleranza; ne consegue che il dispositivo ha scarsa precisione oltre a risultare costoso.
Il principio di funzionamento è basato sul confronto tra il valore del cam-pione da convertire e i potenziali presenti sui morsetti invertenti dei comparatori dati dalla partizione di una tensione di riferimento Vr. In ogni comparatore, sul morsetto non invertente, è presente il valore di tensione da convertire: l’uscita è alta per il comparatore in cui si verifica che Vi è maggiore del potenziale del morsetto invertente.
Le uscite dei comparatori vanno in un encoder che fornisce così il codice binario.
Per fare in modo che tutti i dati arrivino contemporaneamente all’encoder ed evitare disturbi (glitch) si possono inserire dopo i comparatori dei latches. Questi mantengono l’informazione e la presentano simultaneamente all’encoder.
Analizziamo l’esempio di figura 14. I potenziali presenti sui morsetti non invertenti dei comparatori C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 sono rispettivamente:
mentre
.
Di conseguenza per ogni valore di Vi tra zero e Vr è possibile determinare quali comparatori hanno l’uscita alta.
Ad esempio se:
i comparatori C1, C2, C3 hanno l’uscita alta, tutti gli altri bassa. Le uscite U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7 valgono 1110000. L’encoder fornisce il seguente codice binario 011 (equivalente a 3 in decimale, pari al numero di compara-tori con uscita alta).
Possiamo così costruire la seguente tabella (o matrice) di conversione.
Spesso è presente un ulteriore
comparatore che dà l’indicazione di overflow se
.
Due comparatori flash che si trovano in commercio sono: AD5010KD a 6 bit con Ts = 20 ns e AD6020KD a 6 bit con Ts = 10 ns.