Fleš A/D konvertori ili kako ih još zovu paralelni A/D konvertori spadaju u klasu najbržih A/D konvertora. Najbrži način da konvertujemo analogni oblik napona u digitalni oblik ostvaruje se pomoću ovog A/D konvertora. Ovi konvertori su idealni za aplikacije koje zahtevaju veliku širinu opsega.

Fleš A/D konvertori ili kako ih još zovu paralelni A/D konvertori spadaju u klasu najbržih A/D konvertora. Najbrži način da konvertujemo analogni oblik napona u digitalni oblik ostvaruje se pomoću ovog A/D konvertora. Ovi konvertori su idealni za aplikacije koje zahtevaju veliku širinu opsega.

Fleš A/D konvertori troše puno energije, imaju relativno nisku rezoluciju i mogu biti veoma skupi, što ih ograničava na korišćenje u aplikacijama sa visokim frekvencijama. Koriste se za akviziciju podataka, satelitske komunikacije, radarsku obradu, digitalne osciloskope i visokonaponske disk drajvere.

Fleš A/D konvertor je sačinjen od veoma brzih kaskadnih komparatora. Svaki komparator predstavlja 1LSB, a izlazni kod se može odrediti u jednom komparatorskom kolu. Osnovna realizacija fleš A/D kovertora prikazana je na slici 1.

Za jedan N-bitni konvertor potrebno je da kolo sadrži 2^N-1 komparatora. Otpornički razdelnik sa 2^N otpornika obezbeđuje referentni napon. Referentni napon za svaki komparator je za jedan LSB veći od referentnog napona za komparator koji je odmah ispod. Svaki komparator daje “1” kada je njegov analogni ulazni napon veći od referentnog napona dovedenog na njega. U suprotnom, izlaz je “0”. Prema tome, ako je analogni ulaz između V^X4 i V^X5 (na slici 2), komparatori X¹ do X⁴ daju jedinice, a preostali komparatori daju nule. Ovo je poznato kao termometarsko enkodiranje, a tako je dobilo naziv jer je slično živinom termometru kod koga živin stub uvek raste do odgovarajuće temperature i iznad te vrednosti živa ne ide. Termometarski kod je zatim dekodiran u odgovarajući izlazni kod. Realizacija fleš A/D konvertora sa termometarskim kodom prikazana je na slici 2.

Što se komparatora tiče oni su tipično kaskada širokopojasnih stepena niskih pojačanja. Ovo pojačanje je malo, jer je na visokim frekvencijama teško postići i širok opseg i veliko pojačanje. Dizajnirani su za nizak napon ofseta, takav da je ulazni ofset svakog komparatora manji od LSB-a A/D konvertora. U suprotnom, komparatorski ofset bi mogao lažno navesti komparator, pri čemu digitalni kod ne bi reprezentovao termometarski kod (greška na najniža 2 bita). Leč sa osvežavanjem na svakom komparatorskom izlazu čuva rezultat. Leč ima pozitivnu povratnu spregu, tako da je krajnje stanje zasigurno ili “1” ili “0”.

Problemi kod realnih fleš A/D konvertora

Kao i kod svih ostalih realnih komponenata i kod realnih fleš A/D konvertora se javljaju problemi. Najčešće probleme ćemo ukratko predstaviti.

U normalnim uslovima komparatorski izlaz će biti termometarski kod kao što je na primer “00011111”, a greške mogu izazvati izlazni kod kao što je na primer “00010111”. Ovaj izlaz nulte sekvence se naziva ISKRA (sparkle). Ovo može biti izazvano nesavršenošću ulaznog nagomilavanja ili vremenskom neusaglašenošću komparatora. Moderni konvertori kao što je MAX104 uvrštavaju ulazno kolo za odmeravanje i zadršku, SH kolo(sample&hold) ispred A/D konvertora sa enkodirajućom tehnikom koja sprečava iskra kodove.

Kada je digitalni izlaz komparatora nejasan (ni nula ni jedan), izlaz je definisan kao metastabilan. Metastabilnost može biti redukovana obezbeđivanjem više vremena za regeneraciju. Takođe, metastabilnost se može poboljšati Grejovim kodom enkodiranja. Grejov kod obezbeđuje da se u jednom trenutku samo jedan bit u izlazu promeni. Kod Grejovog koda svaki kod se razlikuje za tačno jednu cifru (jedan kod) od kodova susednih njemu tj. od kodova pre i posle njega. Komparatorski izlazi su prvo konvertovani u Grejev kod enkodiranja i onda kasnije dekodirani u binarni, ako je to poželjno. Drugi problem koji se javlja je taj kada se metastabilan izlaz kreće dvema različitim kružnim putanjama. Moguća situacija koja može da se dogodi je da jedna putanja “proglasi” ulaz kao “1” dok druga putanja “smatra” da je na ulazu “0”. Ovo može da stvori glavne greške. Da bi se ovakve greške izbegle potrebno je da samo jedna kružna putanja oseti metastabilan izlaz.

Još jedna stvar koja može da stvara probleme je frekventna zavisnost izlaznog signala. Kada se ulazni signal promeni pre nego što komparator izvrši svoje odlučivanje, performansa A/D konvertora je nepovoljno realizovana. Najozbiljniji problem u realizaciji je smanjivanje odnosa signal/šum (plus distorzija) kako frekvencija analognog ulaza raste.

Kada proanaliziramo zavisnost fleš A/D konvertora od rezolucije dolazimo do zaključka da se brzina konverzije fleš A/D konvertora ne menja značajno sa povećanjem rezolucije. Kod konvertora sa sukcesivnim aproksimacijama brzina konverzije se menja linearno sa povećanjem rezolucije, dok se kod integrirajućih vreme duplira sa svakim bitom povećanja rezolucije. Usaglašavanje fleš konvertora obično ograničava rezoluciju na oko 8 bita. Zahtevi kod usaglašavanja komponenti se dupliraju sa svakim bitom povećanja rezolucije. Kod fleš A/D konvertora svaki bit povećanja rezolucije gotovo da duplira veličinu kola. Snaga se takođe duplira. Kod A/D konvertora sa sukcesivnim aproksimacijama i kod sigma-delta konvertora promena je linearna dok kod integrirajućih neće doći do značajnih promena. Cena kola takođe raste sa povećanjem njegove složenosti.

CMOS fleš A/D konvertori su dostupni na niskim brzinama i rezolucijama i obično su namenjeni za inegrisanje u velika CMOS kola. Za aplikacije koje zahtevaju skromnu rezoluciju, obično do 8 bita, na frekvencijama semplovanja od nekoliko stotina MHz, arhitektura fleš A/D konvertora bi mogla biti jedina povoljna alternativa. Za aplikacije sa visokom frekvencijom analognog ulaza, izabrani A/D konvertor bi trebao da ima jedno ulazno kolo za odmeravanje i zadršku.