CONVERTITORE A/D FLASH

INTRODUZIONE

I convertitori analogico-digitale Flash, conosciuti anche come ADCs paralleli, sono il modo più veloce di convertire un segnale analogico in un segnale digitale. Sono adatti per applicazioni che richiedono le larghezze di banda molto grandi. Tuttavia, i convertitori flash consumano molta corrente, hanno risoluzione relativamente bassa e possono essere abbastanza costosi. Ciò li limita alle applicazioni ad alta frequenza come acquisizione di dati, telecomunicazione via satellite, elaborazione dei segnali radar, oscilloscopi e Hard disk ad alta densità.

Architettura di un A/D FLASH

La figura 1 mostra uno schema a blocchi tipico di un convertitore AD di tipo flash. Per un convertitore a N bit, il circuito impiega 2N-1 comparatori. Un divisore resistivo con resistori 2N fornisce la tensione di riferimento ai vari comparatori. La tensione di riferimento di ogni comparatore è più grande di quella del comparatore precedente di un valore pari a quello associabile al bit meno significativo o LSB. Ogni comparatore produce un "1" quando la sua tensione analogica in ingresso non invertente è superiore alla tensione di riferimento applicata all'ingresso invertente. Nel caso opposto, l'uscita del comparatore produce in uscita uno "0". Per esempio, se la tensione analogica di ingresso da convertire è compresa tra i valori dei nodi contrassegnati con vx4 e vx5, i comparatori x1, x2, x3 e x4 hanno l'uscita ad "1" mentre i comparatori restanti hanno "0" in uscita. Il punto in cui il codice cambia da "1" a "0" è il punto in cui il segnale in ingresso diventa più piccolo del livello di tensione di riferimento del comparatore.

Figura 1. Architettura dell'ADC Flash

Le parola digitale composta dai bit in uscita dei comparatori rappresenta la conversione digitale della tensione analogica presente all'ingresso del convertitore. Per ogni tensione in ingresso avremo una determinata parola digitale. In realtà questa rappresentazione digitale, detta a termometro, non e' direttamente utilizzabile in quanto si preferisce avere in uscita del convertitore una rappresentazione binaria. La codifica "termometro", e' così chiamata perché è simile ad un termometro a mercurio, in cui la colonna del mercurio sale in base alla temperatura e nessun mercurio è presente sopra quella temperatura. Il codice del termometro allora è quindi decodificato in un codice di uscita digitale adatto (per esempio binario). I comparatori sono progettati per avere una larga banda con basso guadagno perché alle alte frequenze è difficile ottenere contemporaneamente una elevata larghezza di banda e un alto guadagno. Sono progettati per avere un basso offset in ingresso in modo che sia più basso del valore di tensione associabile al bit meno significativo o LSB dell'ADC. Altrimenti, un offset elevato o comparabile con il valore LSB falserebbe il punto di scatto del comparatore con conseguente errata rappresentazione digitale in uscita. In uscita di ogni comparatore e' presente un latch rigenerativo che memorizza il risultato. Il latch presenta una retroazione positiva al fine di garantire che il dato memorizzato sia un "1" o uno "0" per evitare fenomeni di metastabilità'.