Analoog-naar-digitaalomzetter van het parallelle type

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Een analoog-naar-digitaalomzetter van het parallelle type is een apparaat dat een analoog signaal omzet naar een digitaal signaal.

Zo is het analoog signaal beschikbaar als een binaire waarde. De waarde is nu beschikbaar voor een digitaal systeem of computer zodat ermee gerekend kan worden. De analoog-naar-digitaalomzetter van het parallelle type heeft meerdere namen en wordt ook wel de simultane of flash A/D-convertor genoemd. Het wordt zo genoemd omdat er geen gebruik wordt gemaakt van een seriële manier van werken. Alle schakelingen en berekeningen worden parallel met elkaar uitgevoerd.

Waarom het parallelle type[bewerken]

De reden waarom vaak de voorkeur wordt gegeven aan de A/D-convertor is snelheid. Bij andere systemen worden de schakelingen serieel gedaan waarbij het proces zich herhaalt tot men de uitkomst verkregen heeft. De omzetsnelheid van het systeem is dan afhankelijk van de snelheid van elke component van het geheel. De omzetsnelheid valt dan te berekenen met de omzetsnelheid van stap 1 vermenigvuldigd met het aantal bits.

Bij het parallelle type worden alle vergelijkingen tegelijk uitgevoerd, in tegenstelling tot bij het seriële type. De snelheid wordt hier enkel begrensd door de snelheid van de comparatoren en de eropvolgende combinatorische decoder.

Men kan profiteren van deze snelheid bij systemen waar snelheid zeer essentieel is zoals bij bijvoorbeeld video- of audiosystemen of andere multimediatoepassingen.

Werking[bewerken]

Eerst wordt het ingangsignaal vergeleken met een aantal verschillende spanningen door gebruik te maken van comparatoren. Zo bekomt men een zogenaamde thermometercode. Deze code laat eigenlijk de hoogte van de amplitude zien. Deze "digitale amplitude" wordt dan vervolgens gedecodeerd naar een binaire waarde en in een buffer geplaatst.

Vergelijking[bewerken]

Eerst wordt een constante (geijkte) spanning verdeeld door gebruik te maken van een spanningsdeler. Zo bekomt men verschillende mogelijke amplitudes waarmee vergeleken kan worden. Al deze waardes worden aan de comparators verbonden zodat ze vergeleken kunnen worden met het ingangssignaal.

Is de ijk-amplitude van een comparator kleiner dan het ingangssignaal dan krijgt men een 1, en omgekeerd krijgt men een 0.

De ingangspanning wordt dus gelijktijdig vergeleken met 2^n -1 (met n = aantal bits) vergelijkingsspanningen (en dus ook evenveel comparatoren). Mits deze comparators een oneindig grote ingangsweerstand hebben, kan de ingangspanning rechtstreeks op de comparators aangesloten worden zonder dat er spanning verloren gaat. Bij dit soort van convertors maakt men gebruik van zogenaamde "latched comparators". Deze voeren de vergelijking uit op de positieve flank van het convert-signaal. Zo worden alle waarden gelijktijdig vergeleken. Vanzelfsprekend worden er grote eisen gesteld aan de comparatoren. Deze moeten zeer snel en juist zijn mits men meestal met dit soort convertors werkt met zeer hoge convertors. Men kan een volledige omzetting doen in 15 ns.

Zo bekomt men de thermometercode, wat eigenlijk een digitale voorstelling van de amplitude is. Deze moet dan vervolgens gedecodeerd worden door een decoder.

Decodering[bewerken]

Men krijgt de hoogte van de amplitude binnen. Deze waarde moet dan vervolgens gedecodeerd worden en als een digitale waarde naar buiten komen. Men kan in principe gebruikmaken van een combinatorisch netwerk opgebouwd uit conventionele logica. Maar dit soort decoder is traag en dit zou ten nadele zijn van de snelheid van een flash-convertor. Daarom maakt men hier gebruik van een ander soort decoder, namelijk een diode array. Er worden heel wat componenten weggewerkt door gebruik te maken van een soort matrix. Waar alle eigenschappen van de bitpatronen zijn in op geslagen door een verbinding of geen verbinding in de matrix te voorzien. Zo heeft elke uitgang van stap 1 een uniek bitpatroon.

Pipelining[bewerken]

Pipelining is een manier om de snelheid van zo'n systeem nog eens vele malen te verhogen. In plaats van dat het systeem voor elke sample het gehele proces opnieuw begint wordt een andere aanpak gebruikt. In totaliteit zijn er 4 stappen: inlezen sample, AND decoding, diode decoding en beschikbaar stellen data. Nu worden om de snelheid hoger te maken meerdere samples tegelijk uitgevoerd. Zo wordt telkens een doorschuifsysteem voorzien. Terwijl een sample verwerkt wordt, wordt de volgende sample reeds ingelezen.

Deze werkwijze/filosofie wordt tevens gehanteerd in meerdere geavanceerde processors (simultane Von Neumann-cylus).