Состав схемы и назначение элементов

AЦП пopaзpяднoгo уpaвнoввeшивaния

(АЦП пocлeдoвaтeльныx пpиближeний) (См. с. 124-128)

Принцип поразрядного уравновешивания (последовательного приближения) состоит в сравнении входного напряжения Uвх с напряжением U_ЭТ, получаемом на выходе ЦАП таким образом, что осуществляется последовательное приближение его к входному.

Структурная схема АЦП приведена на рисунке 6.6.

Рисунок 6.6 – Структурная схема АЦП поразрядного уравновешивания

RG - сдвиговый регистр (регистр последовательного приближения);

ЦАП – цифроаналоговый преобразователь;

К – аналоговый компаратор, сравнивает Uвх и выходное напряжение ЦАП;

RS - триггеры с раздельным запуском, образуют n – разрядный регистр числа, в котором формируется число, пропорциональное входному напряжению Uвх;

& - схемы логического умножения, образуют устройство управления УУ.

Физический процесс (работа АЦП).

Графики работы АЦП приведены на рисунке 6.7. Примем, что регистр числа шестираз-рядный, опорное напряжение ЦАП равно 10 В (на схеме не указано), входное напряже-ние АЦП равно Uвх = 8,5 В. На рисунке 6.7 входное напряжение АЦП обозначено штриховой линией, напряжение с выхода ЦАП U_ЭТ представлено ступенчатой сплошной линией, а состояние регистра числа – шестиразрядным кодом. Тактовые импульсы подаются с периодом Т_G, не меньшим периода установления ЦАП Т_G ≥t _УСТЦАП.

Рисунок 6.7 – Графики работы шестиразрядного АЦП

с последовательным приближением

В исходном состоянии регистр числа обнулён, находится в состоянии 000 000 и вы-ходное напряжение ЦАП равно нулю. По первому тактовому импульсу ТИ в момент Т_G n-ный RS – триггер регистра числа (триггер старшего разряда) устанавливается в состо-яние «1», регистр числа устанавливается в состояние 100 000, а ЦАП вырабатывает нап-ряжение U_ЭТ = 5 В.

Поскольку уровень входного напряжения не достигнут (Uвх=8,5 В), компаратор К формирует «0» и в следующий разряд регистра числа в момент 2Т_G устройством управ-ления заносится «1» при сохранении «1» в старшем разряде. При этом на выходе ЦАП во втором такте появляется приращение ∆Uэт, равное 2,5 В, и суммарное напряжение

Uэт=7,5 В.

Однако и во втором такте Uэт < Uвх, поэтому в третьем такте компаратор опять формирует на своём выходе «0», а в следующий разряд регистра также записывается «1». При этом Uэт получит приращение ∆Uэт = 1,25 В и станет равным 8,75 В, т.е. превысит входное. В этом случае на выходе компаратора устанавливается «1» и УУ вырабатывает управляющие сигналы, при которых следующий разряд регистра устанавливается в «0».

С приходом четвертого тактового импульса «1» записывается в следующий разряд регистра, т.е. в регистре будет записана комбинация 110100. При этом на выходе ЦАП U этполучит приращение ∆Uэт=0,625 В и станет равным 8,125 В.

В пятом такте сравнения ∆Uэт=0,312 В, а U эт=8,437 В. Поэтому в регистре также запишется «1».

В шестом такте ∆Uэт=0,156 В, поэтому U эт=8,593В. В младший разряд регистра числа будет записана «1», т.к. n = 6, хотя Uэт > Uвх.

Таким образом, спустя шесть тактов на выходе АЦП установится выходной код, эквивалентный входному напряжению Uвх– в нашем примере код 110111.

Быстродействие АЦП последовательного приближения определяется временем, затраченным на п проб.

Таким образом, длительность цикла преобразования

tпр АЦП = n × t устЦАП,

где n - число разрядов регистра и ЦАП;

t устЦАП - время установления ЦАП.

Следовательно, 10 – разрядный АЦП, построенный с использованием ЦАП

с t _УСТЦАП =3 ÷ 5 мкс будет иметь tпр =30 ÷ 50 мкс, т.е. может работать с тактовой частотой 20 - 30 кГц.

Время преобразования АЦП последовательного приближения в (2 ^п)/ п раз меньше, чем у АЦП следящего типа.

Дата добавления: 2015-06-27