АЦП поразрядного уравновешивания

Следяший АЦП

В нем применяется реверсивный счетчик, переключаемый сигналом с выхода компаратора. Поэтому АЦП отслеживает изменения напряжения на входе не начиная цикл с начала.

Рисунок 4.21 – Работа следящего АЦП

Уравновешивание начинается со старшего разряда кода на выходе АЦП; в нем устанавливается “1” и оценивается знак разности преобразуемого сигнала и уравновешивающего сигнала, формируемого в ЦАП.. Если U_цап< U_вх, то “1”сохраняется, если U_цап > U_вх, то “1”сбрасывается. Затем аналогично проверяются все остальные разряды. Уравновешивание происходит за n шагов при n разрядах.

Сравнительные характеристики АЦП. Наибольшим быстродействием обладают АЦП прямого преобразования. Время преобразования t_пр достигает 10 -20 нсек. Они используются для преобразования сигналов сверхбыстро протекающих процессов и сигналов телевизионного изображения (цифровое телевидение). Они отличаются высокой стоимостью и большой потребляемой мощностью. Функциональная схема АЦП прямого преобразования приведена на рис. 4.22. Она содержит 2ⁿ компараторов, делитель опорного напряжения и преобразователь позиционного кода в параллельный двоичный код. Промышленностью выпускаются 4, 6, 8 - разрядные АЦП прямого преобразования. Время преобразования этих АЦП определяется исключительно только временем распространения сигнала в компараторах t_здкр и преобразователе кодов t_здпр, т.е. t_пр = t_здкр + t_здпр.

Рисунок 4.22 – Функциональная схема АЦП прямого преобразования

По своему быстродействию на втором месте находятся АЦП последовательного приближения (рис.4.23). Время преобразования n- разрядного АЦП определяется как t_пр = nТ + 3Т, где Т - период следования тактовых импульсов, соответствующий времени выборки одного кванта. Дополнительные 3 такта используются для старта(запуска) и формирования сигналов признака завершения процесса преобразования (сигнала “конец преобразования”).

Рисунок 4.23 – Функциональная схема АЦП последовательного приближения

Принцип работы АЦП последовательного приближения иллюстрируется на рис. 17.12. После запуска, на выходе АЦП устанавливается число, соответствующее половине напряжения полной шкалы U_пш / 2. Это напряжение сравнивается с входным напряжением U_вх и, в зависимости от результата сравнения, компаратор вырабатывает два сигнала: U₁, когда U_{вых ЦАП} > U_вх и U₂ при U_{вых ЦАП} < U_вх. Если U_{вых ЦАП} меньше, чем U_вх ЛСУ вырабатывает команду, при которой к содержимому регистра последовательного приближения РПП прибавляется число, соответствующее половине напряжения, установленного в предыдущем такте. Если же U_{вых ЦАП} > U_вх, то из содержимого РПП это число вычитается (см. рис. 4.24). Это происходит до тех пор, пока напряжение приращения не станет равным DU_кв, т.е. U_n = DU_кв =U_пш/2^n..

Рисунок 4.24 – Диаграмма выходного напряжения ЦАП, соответствующая единичному эквиваленту выходного двоичного кода АЦП

Наибольшим временем преобразования (среди АЦП с использованием ЦАП) обладает АЦП последовательного счета t_пр = 2ⁿ Т. Они проще в изготовлении и имеют наименьшую стоимость. Погрешность преобразования таких АЦП определяется, в основном, погрешностью ЦАП и может быть доведена до значений прецизионных преобразователей. АЦП последовательного счета переводит аналоговый сигнал в цифровой последовательно, начиная с младшего значащего разряда до цифрового кода на выходе, соответствующего уровню входного аналогового напряжения АЦП. Структурная схема такого АЦП приведена на рис.4.25, а.

Рисунок 4.25 – АЦП последовательного счета (а) и его временная диаграмма (б)

С генератора тактовых импульсов через электронный ключ ЭК, который открывается в момент выборки входного аналогового сигнала схемой запуска (СЗ), последовательность импульсов поступает на n- разрядный двоичный счетчик (СЧ). Выход счетчика является выходом АЦП и одновременно управляет схемой ЦАП, вырабатывающей ступенчато нарастающее напряжение (см. рис.4.25, б). В момент, когда выходное напряжение ЦАП станет равным входному, компаратор (СР) вырабатывает сигнал, опрокидывающий триггер (ТГ). При этом, сигнал с выхода триггера закроет электронный ключ и остановит счетчик. Содержание счетчика N_сч после его остановки будет соответствовать числу, определяемому входным аналоговым сигналом

N_сч = U_вх/ DU_кв.

Наибольшее число в счетчике соответствует входному напряжению, равному U_пш. При этом N_сч = 2ⁿ.

Дата добавления: 2014-01-07