模数转换器：并行比较型和逐次逼近型

模数转换器的分类

并行比较型模数转换器

并行比较型模数转换器（Parallel Comparative ADC）是模数转换器的一种类型，其特点是转换速度快，是所有A/D转换器中速度最快的。现代发展的高速ADC大多采用这种结构，采样速率能达到1GSPS以上。并行比较型ADC采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，也称为Flash型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频ADC转换器等速度特别高的领域。

并行比较型模数转换器结构由分压器、比较器、寄存器和编码器组成。分压器由串联n ―1个电阻R，以及1个电阻R/2组成，比较器有n一1个，寄存器（D触发器）也有n -1个，编码器由多个与非逻辑器件组成。

并行比较模数转换器结构的优点是转换速度比较快，且不需要采样和保持电路，因为比较器和触发器具有采样和保持的功能。但是，随着模数转换器输出数字信号位数增多，编码器部分也越复杂，因此并行比较型模数转换器一般用于输出数码不大于4的情况。

以下是3位并行ADC的工作原理图：

但受到功率和体积的限制，并行比较ADC的分辨率难以做得很高。增加输出代码对转换时间的影响较小，但随着分辨率的提高，需要高密度的模拟设计以实现转换所必需的数量很大的精密分压电阻和比较器电路。输出数字增加一位，精密电阻数量就要增加一倍，比较器也近似增加一倍。并行比较ADC的分辨率受管芯尺寸、输入电容、功率等限制。结果重复的并联比较器如果精度不匹配，还会造成静态误差，如会使输入失调电压增大。同时，这一类型的ADC由于比较器的亚稳压、编码气泡，还会产生离散的、不精确的输出，即所谓的“火花码”。

逐次逼近型模数转换器

逐次逼近型模数转换器（Successive Approximation Converter）是一种常用的模数转换器转换方式。它通过逐步逼近输入信号的数值来获得逼近的数字输出。

逐次逼近型模数转换器从最高有效位（Most Significant Bit， MSB）开始，逐个比较并确定每个位的数字值。它使用一个逐次逼近调节器（Successive Approximation Register， SAR）来实现转换过程。

逐次逼近型模数转换器工作框图和工作原理如上图和下图所示。该类型模数转换器主要利用逐次逼近寄存器（SAR）对数据位依次置1，然后将SAR寄存器数字信号经数模转换器（DIA）转换得到模拟电压up，电压u，和偏移电压（Ofiset voltage）的差值在和u。

比较，差值则比较器输出C=1，说明SAR数字量大，SAR相应数据位置O，否则输出C=O，说明SAR数字量小，SAR相应数据位置1，直到确定最低位为1或0。

工作原理如下：

1. 首先，将待转换的模拟信号输入逐次逼近调节器的比较器。

2. SAR根据当前比较器输出的结果，将当前位设置为1或0，并将比较器的阈值相应地调整。

3. SAR将调整后的阈值输入到比较器中，继续进行下一位的比较。

4. 这个逼近过程重复进行，直到获得所有位的数字值。

5. 最后，得到的数字值就是模数转换器的输出结果。

逐次逼近型模数转换器通过递归的方式进行逼近，即每一位的比较取决于前一位的结果。它的转换速度较快，并且可以在不需要大量电源的情况下实现高精度的模数转换。逐次逼近型转换器的分辨率取决于SAR的位数，越多的位数可以提供更高的分辨率。

逐次逼近型模数转换器常用于低至中等分辨率的应用，例如传感器测量、音频信号采样和通信系统等。它是一种广泛应用且成本较低的模数转换器转换方式。

审核编辑：黄飞