(1)直接转换ADC
直接转换ADC也称“闪电”式(Flash),这种结构的ADC速度极快,所有位的转换同时完成, 但要求高密度集成数量巨大的比较器,如图4所示,一个N位分辨率的转换器需要2N-1个比较器。参考电压由一个电阻网络设定,彼此相差VReF/2N,当输入电压NiN加上以后,所有比较器将 V1N与各自的参考电压值进行比较。输出经一个编码逻辑单元编码后产生转换器的并行 N位数据输出,虽然直接转换 ADC 具有最快的速度,(目前可达几个GHz),但其分辨率受到集成度的限制,其过大的输入电容及大量的比较器产生的功率耗散,都将使该种转换器的应用受到影响。
(2)逐次逼近ADC
逐次逼近ADC或称为位权转换技术,这种结构如图 5,采用一个比较器和一个N位数模转换器(DAC)和一个逐次逼近寄存控制器(SAR)等组成,当开始转换时,SAR将高位设置为 1, DAC将该值转换模拟量后由比较器与输入电压进行比较,当高于输入电压时则SAR将第 1位设为 0,同时设置第二位为 1进行下一次比较,当 DAC电压低于输入电压时 SAR将该位设为 1,同时设置下一位为 1,这样直到第 N位设置并判断完成后, SAR将此比较结果作为 ADC的输出。这种转换技术具有功耗较低,很低的生产成本,但其输入带宽低,采样速率不高(最高达1MSPS)。
(3)积分型ADC
积分型ADC又称双斜率转换技术,它包括两个主要部分,一部分电路采样并量化输入电压,产生一个时域间隔,另一部分产生脉冲序列,再由一个记数器将其转换成数字量。如图6,图7,积分型 ADC的速度和带宽都非常低,但它们抑制高频噪声和固定的低频干扰的能力很强。
(4) ∑-ΔADC
∑-Δ转换器又称过采样转换器,这种转换器由∑-Δ调制器及数字滤波器和1位DAC构成,如图8,输入信号送入∑-ΔADC后被1位DAC进行高速量化,经过数字滤波处理后,得到转换记录。
(5)“流水线”ADC
“流水线” ADC又称为子区式模数转换器,它由级联的多级电路组成,每一级包含一个采样保持放大器,一个低分辨率ADC和DAC,以及一个求和电路和一个可提供增益的级间放大器组成。如图 9,首先由第一级执行较粗略的M位A/D转换。按着由一个N位精度的DAC将转换结果变回到2M的模拟电平与输入求差,最后由级间放大器将差值信号传入下一级,经过最后一级转换后,最后由较精确的低位闪电式转换器将最后的差值进行转换。将所有子区的转换结果组合起来,从而完成转换。
此结构简化了ADC的设计,允许各子区同时对多个采样进行处理。非常低的功耗、很高的转换速度,可达10MSPS。该结构对噪声,带宽和瞬态响应速度等都具有很大的改善。
通过以上各种A/D转换器的特点,我们可以看出,“流水线”ADC不仅具有很高的采样率、很宽的输入频带,而且功耗低是动测仪的理想器件。