트래킹 ADC: 업/다운 카운터를 이용한 빠르고 연속적인 신호 변환

개요

카운터-DAC 기반 컨버터의 세 번째 변형은, 제 생각에 가장 우아합니다. 기존 '업' 카운터가 DAC를 구동하는 대신, 이 설계는 업/다운 카운터를 사용합니다.

카운터는 연속적으로 동작하며, 업/다운 제어 라인은 비교기 출력에 의해 구동됩니다. 아날로그 입력이 DAC 출력을 초과하면 카운터는 업 카운트 모드로 전환됩니다. 반대로 DAC 출력이 더 높으면 다운 카운트합니다. 어느 경우든 DAC 출력이 실시간으로 입력 신호를 추적합니다.

카운터가 절대 리셋되지 않기 때문에, 바이너리 출력이 매 클럭 펄스마다 업데이트되어 사이클 끝에 카운트를 래치하기 위한 시프트 레지스터가 필요 없습니다.

주요 이점은 속도입니다: 리셋 단계의 오버헤드 없이 수 MHz의 샘플링 속도에 도달할 수 있습니다.

보시다시피 업데이트 시간은 다른 카운팅 ADC보다 훨씬 빠릅니다. 플롯 시작 부분에서 카운터가 아날로그 신호의 급격한 변화를 '따라잡아야' 할 때, 변화율은 첫 번째 카운팅 ADC와 일치합니다. 출력이 카운터 및 연속 근사 ADC처럼 0에서 점프하는 대신 부드럽게 램프됩니다.

그러나 바이너리 출력은 완벽하게 안정한 입력에서도 매 클럭 펄스마다 카운트 간에 토글됩니다. 이 현상을 비트 바블(bit bobble)이라고 합니다. 이는 안정된 출력을 기대하는 디지털 시스템에 문제가 될 수 있습니다.

비트 바블은 카운터 출력이 2단계 이상 변경될 때만 래치하는 시프트 레지스터를 삽입하여 완화할 수 있습니다. 같은 방향의 연속된 두 카운트를 감지하는 검출기 설계에는 약간의 독창성이 필요하지만 그만한 가치가 있습니다.

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