Аналого-цифровые преобразователи

Если переменные информационные величины представлены в аналоговой форме в виде изменяющегося напряжения постоянного тока, их непосредственная обработка цифровыми устройствами невозможна без предварительного представления в виде n-разрядного кода. Эту операцию осуществляют АЦП.

Существует ряд способов такого преобразования, обладающих своими преимуществами и недостатками; рассмотрим их.

В способе последовательного приближения схема формирует пробные коды, поступающие на ЦАП, выходной сигнал которого сравнивается с помощью компаратора с входным аналоговым сигналом (рис. 2.24).

АЦП последовательного приближения

Рис. 2.24. АЦП последовательного приближения

Выходной двоичный код формируется в регистре, управляемом устройством управления (УУ). Регистр связан с ЦАП, который формирует напряжение, пропорциональное коду, подаваемое на один из входов компаратора. На другой вход компаратора подается напряжение UBX, подлежащее преобразованию в код. В исходном состоянии устройство управления устанавливает все разряды регистра в "О". Затем в старший разряд заносится "1". Если при этом UBX > UЦАП, то устройство управления оставляет "1" в старшем п-м разряде, если же Uвх< UЦАП, то в старший разряд заносится "0". Затем устройство управления заносит "1" в следующий (п – 1)-й разряд и вновь в зависимости от результата сравнения устройство управления либо оставляет "1" в этом разряде, либо записывает "О". Таким образом, устройство управления заносит во все разряды регистра "1" или "0", начиная от самого старшего и кончая самым младшим. Работа АЦП синхронизируется генератором тактовых импульсов (ГТИ). После п тактов сравнения UBX с UЦАП на выходе АЦП получается n-разрядный двоичный код, эквивалентный входному аналоговому сигналу. Такие преобразователи имеют относительно высокую точность, однако для n-разрядного преобразования требуют п тактов. При этом, если за время преобразования входной сигнал изменяется, возникает ошибка, особенно заметная при коротких выбросах входного сигнала.

В АЦП, использующего способ пилообразного напряжения, нет цифроаналогового преобразования (рис. 2.25). Принцип его работы основан на измерении интервала времени, в течение которого линейно нарастающее напряжение достигнет уровня UBX. По команде "Начало преобразования" одновременно запускается ГПН и взводится триггер, разрешающий прохождение тактовых импульсов на вход счетчика. Линейно нарастающее напряжение Uп, формируемое ГПН, поступает на один из входов компаратора, на другой вход которого подается напряжение Uвх, подлежащее преобразованию в код. В момент, когда напряжение Uп сравняется с Uвх, компаратор выдаст команду, сбрасывающую триггер и запрещающую прохождение тактовых импульсов на вход счетчика. Таким образом, код на выходе счетчика будет прямо пропорционален отрезку времени, в течение которого напряжение Uп достигнет уровня Uвх, т.е. самой величине Uвх.

АЦП пилообразного напряжения

Рис. 2.25. АЦП пилообразного напряжения

Как следует из принципа работы данного АЦП, он имеет невысокое быстродействие. Точность преобразования определяется стабильностью ГПН, которая в основном зависит от температурной нестабильности параметров времязадающей RС-цепи.

Самым быстродействующим и в то же время самым сложным является АЦП, использующий способ параллельного кодирования (рис. 2.26). Входное напряжение Uвх подается одновременно на верхние входы всех компараторов. На нижние входы компараторов подается напряжение с делителя, состоящего из резисторов одного номинала R. Таким образом, напряжение, с которым осуществляется сравнение входного сигнала у двух соседних компараторов, отличается на величину, соответствующую цене самого младшего разряда. Приоритетный шифратор формирует выходной цифровой код, соответствующий самому старшему из сработавших компараторов. По единичному сигналу "Запись" n-разрядный код с шифратора через конъюнкторы поступает в параллельный регистр.

АЦП параллельного кодирования

Рис. 2.26. АЦП параллельного кодирования

Высокое быстродействие АЦП, реализующего этот способ, достигается за счет значительных аппаратурных затрат и большой потребляемой мощности. Например, для восьмиразрядного АЦП требуется 255 компараторов и около 3 • 104 активных элементов, потребляющих примерно 2,5 Вт.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >