Флэш -АЦП (также известный как АЦП прямого преобразования ) — это тип аналого-цифрового преобразователя , который использует линейную лестницу напряжения с компаратором на каждой «ступеньке» лестницы для сравнения входного напряжения с последовательными опорными напряжениями. Часто эти опорные лестницы состоят из множества резисторов ; однако современные реализации показывают, что емкостное деление напряжения также возможно. Выход этих компараторов обычно подается на цифровой кодер, который преобразует входы в двоичное значение (собранные выходы компараторов можно рассматривать как унарное значение ).
Флэш-преобразователи являются высокоскоростными по сравнению со многими другими АЦП, которые обычно сужаются до правильного ответа в течение ряда этапов. По сравнению с ними флэш-преобразователь также довольно прост и, помимо аналоговых компараторов, требует только логики для окончательного преобразования в двоичный код .
Для лучшей точности перед входом АЦП часто вставляется схема отслеживания и хранения . Это необходимо для многих типов АЦП (например, АЦП последовательного приближения ), но для флэш-АЦП в этом нет реальной необходимости, поскольку компараторы являются устройствами выборки.
Флэш-преобразователь требует много компараторов по сравнению с другими АЦП, особенно по мере увеличения точности. Например, флэш-преобразователь требует компараторов для n -битного преобразования. Размер, энергопотребление и стоимость всех этих компараторов делают флэш-преобразователи в целом непрактичными для точности, намного превышающей 8 бит (255 компараторов). Вместо этих компараторов большинство других АЦП заменяют более сложную логику и/или аналоговые схемы, которые можно масштабировать проще для повышения точности .
Флэш-АЦП были реализованы во многих технологиях, начиная от технологий на основе кремниевых биполярных транзисторов (BJT) и комплементарных металл-оксидных полевых транзисторов ( CMOS ) до редко используемых технологий III-V . Этот тип АЦП часто используется в качестве первой проверки аналоговых схем среднего размера.
Самые ранние реализации состояли из эталонной лестницы хорошо подобранных резисторов, подключенных к эталонному напряжению. Каждое ответвление на резисторной лестнице используется для одного компаратора, возможно, предшествуемого каскадом усиления , и, таким образом, генерирует логический 0 или 1 в зависимости от того, выше или ниже измеренное напряжение эталонного напряжения делителя напряжения . Причина добавления усилителя двоякая: он усиливает разницу напряжений. Таким образом, он подавляет смещение компаратора, а также сильно подавляет шум отдачи компаратора в сторону эталонной лестницы. Обычно производятся конструкции от 4 до 6 бит, а иногда и 7 бит.
Были продемонстрированы конструкции с энергосберегающими емкостными опорными лестницами. Помимо тактирования компаратора(ов), эти системы также производят выборку опорного значения на входном каскаде. Поскольку выборка выполняется с очень высокой скоростью, утечка конденсаторов незначительна.
Недавно в конструкции флэш-АЦП была введена калибровка смещения. Вместо высокоточных аналоговых схем (которые увеличивают размер компонента для подавления вариации) измеряются и настраиваются компараторы с относительно большими ошибками смещения. Затем подается тестовый сигнал, и смещение каждого компаратора калибруется ниже значения LSB АЦП.
Другим усовершенствованием многих флэш-АЦП является включение цифровой коррекции ошибок. Когда АЦП используется в жестких условиях или построен из очень маленьких процессов интегральных схем, существует повышенный риск того, что один компаратор будет случайным образом изменять состояние, что приведет к неправильному коду. Исправление ошибок пузырьков — это механизм цифровой коррекции, который не позволяет компаратору, который, например, сработал на высоком уровне, сообщать о высоком логическом уровне, если он окружен компараторами, сообщающими о низком логическом уровне.
Количество компараторов можно несколько сократить, добавив схему сворачивания спереди, создав так называемый АЦП сворачивания . Вместо того, чтобы использовать компараторы во флэш-АЦП только один раз, АЦП сворачивания повторно использует компараторы несколько раз во время входного сигнала линейного изменения. Если схема сворачивания m раз используется в АЦП n бит, фактическое количество компараторов можно сократить с до (всегда нужен один для обнаружения пересечения диапазона). Типичные схемы сворачивания — это умножитель Гилберта и аналоговые схемы проводного ИЛИ .
Очень высокая частота дискретизации этого типа АЦП позволяет использовать высокочастотные приложения (обычно в диапазоне нескольких ГГц), такие как обнаружение радаров , широкополосные радиоприемники, электронное испытательное оборудование и оптические линии связи. Более того, флэш-АЦП часто встраивается в большую ИС, содержащую множество функций цифрового декодирования.
Кроме того, внутри контура дельта-сигма-модуляции может присутствовать небольшая схема флэш-АЦП .
Флэш-АЦП также используются во флэш-памяти NAND , где в каждой ячейке хранится до 3 бит в виде 8 уровней напряжения на плавающих затворах.
