一种高速、低成本的A/D采样电路

目前最快的A/D是闪速型，由于采用纯并行结构所以速度是非常快的采样速率高达1.5Gsps（比如MAX104/MAX106/MAX108），但是闪速ADC分辨率每增加1位，比较器数量就增加1倍，同时每个比较器的精度必须增加1倍所以一般很少见到超过8位的，12位及高于12位的ADC还没有商用化（价格和功耗也是个问题）。

这里准备测试的电路采用的是一种流水线结构，假设闪速型的速度为1个比较器的速度那么这种流水线结构的速度为采样位数的倒数，比如这种8位A/D的速度为闪速型速度的1/8，电路上只需8个比较器及辅助电路。另外还可以采用运放来实现，辅助电路将更精简成本更低，不过速度将受到运放的限制，如果采用串行模式则运放只需一到两个。

用报废的PCB板搭了一个四位AD转换电路，电路的输入包括电源、地及信号线。采用级联的方式，n位AD需n级目前的实验板单板为两级。

                                                 图1-1 实验电路1

实验板中AD的基准设置为5V，采样精度为5/2^4=0.3125V ，如上图1.167V的输入电压转换成数字信号为0011。

                                                 图1-2 实验电路2

3.955V输入电压转换成数字信号为1101。

实现四位AD共用了四颗lm358芯片，测量精度上受非轨到轨及电阻精度的影响。

前段时间买了几颗TS3022IST高速比较器，由于某些原因最近收到。这款比较器的典型响应时间是9nS可以用来实现MHz级的采样速度，目前替换掉图1-2实验电路2后AD电路能正常工作并未出现震荡情况，明天准备实测一下这块四路AD的最高采样速度。

实测TS3022IST的延迟时间是32nS左右，查看数据手册TP_LH 和TP_HL 的典型值是33nS ，跟实测基本一致，见下图。

         图1-3 TS3022IST高速比较器延迟时间

购买芯片的网站上标注的典型响应时间9nS不知该怎样理解。

选用这款芯片实现8位AD的单次采样时间是33nS*8=264nS，最大采样率为1000/264=3.8MS/S。

这种AD电路的设计思路如下：

                                                   图1-4-1 测量未知溶液高度

待解决的问题是找出一未知溶液的高度并将其转换成数字量表示。这里用的方法是采用不同规格（数字规律）的量筒来进行测量。

步奏1将未知高度的溶液倒入高度为8的量筒，

                                                 图1-4-2  测量步奏1

如图1-4-2 未知高度溶液装满高度为8的量筒，说明溶液高度大于8,高度8这一位置为高电平。

步奏2将剩余溶液倒入量筒高度为4的量筒

                                                         图1-4-3 测量步奏2

如图1-4-3 剩余的未知高度溶液已全部倒入高度为4的量筒中，因量筒中溶液未满，4这一位置为低电平。

步奏3因高度为4的量筒溶液未满所以要继续填后面的量筒（每个量筒只能有空或满这两种状态）。

                                                图1-4-4 测量步奏3

如图1-4-4剩余的溶液刚好填满高度为2的量筒，2这一位置为高电平。

步奏4因剩余的溶液为零高度为1的量筒是空的所以该位为低电平，最终得到的结果为1010转换成模拟量就是10，至此完成对未知高度溶液的模数转换。

上述过程模拟的是4位ＡＤ转换需要４个步奏，对于ｎ位ＡＤ转换则需ｎ个步奏（最快的闪速型ＡＤ只需一个步奏）。

根据此原理设计一个ＡＤ电路也非常简单，几颗比较器芯片加几个电阻就可以。不过从图中看ｎ位ＡＤ需ｎ种规格的量筒，在电路中这量筒就是基准源意味着ｎ位ＡＤ需要ｎ个基准源，这对于测量精度和成本来说都不利，所以要在此电路基础上改进一下只用一个基准源。

思路不比电路更重要？只怕上传了电路影响了思路。

                                     图1-5 简易版高速AD电路

上面的电路就是设计思路的一种实现方法也是实验板电路的原理图，这个电路离实用还有一些距离，可有建议意见？