Многоступенчатые АЦП последовательного счета.

Увеличение числа ступеней преобразования уменьшает аппаратную сложность рассмотренного в параграфе 14.8 конвейерного АЦП (см. рис. 14.31, а). Учитывая, что его производительность практически не зависит от числа ступеней, с целью упрощения и удешевления преобразователя целесообразно использовать в его схеме ступени с одноразрядными АЦП (компаратор) и ЦАП (управляемый ключ). Такой преобразователь можно рассматривать как многоступенчатый (каскадный) АЦП последовательного счета.

Схемы типовых ступеней однобитового преобразования. Известно два схемных решения таких ступеней, которые представлены на рис. 14.42 [32]. Как будет показано ниже, использование в АЦП ступени по схеме на рис. 14.42, а позволяет сформировать обычный двоичный код, а ступени по схеме на рис. 14.42, б — код Грея. Поэтому будем их называть соответственно ступенью ФДК и ступенью ФКГ.

Схемы типовых ступеней ФДК (а) и ФКГ (б)

Рис. 14.42. Схемы типовых ступеней ФДК (а) и ФКГ (б)

Обе ступени содержат компаратор С и ключ 5, используемые в качестве одноразрядных АЦП и ЦАП соответственно, усилитель ОУ с коэффициентом усиления К = 2 (неинвертирующий) и сумматор (I). В ступени ФДК используются два источника опорного напряжения, в ступени ФКГ — один источник, однако имеется второй ОУ с коэффициентом усиления К = -2 (инвертирующий). Каждая из ступеней имеет два выхода: цифровой (У) — для вывода одного бита, и аналоговый вых) — для вывода остатка.

Принцип работы типовых ступеней. Ступень ФДК работает по следующему алгоритму:

• при ипх = -[/пх < 0 на цифровом выходе формируется сигнал У = 0, ключ 5 переходит в положение 0 (или остается в нем), на аналоговом выходе устанавливается напряжение

• при ивх = [/вх > 0 сигнал на цифровом выходе У = 1, ключ 5 устанавливается в положение 1 (или остается в нем), напряжение на аналоговом выходе

Ступень ФКГ работает следующим образом:

• при инх = ~ивх < 0 сигнал на цифровом выходе У = 0, ключ 5устанавливается в положение 0 (или остается в нем), напряжение на аналоговом выходе

• при ивх = 11вх > 0 сигнал на цифровом выходе У = 1, ключ Одолжен находиться в положении 1, напряжение на аналоговом выходе

Работа типовых ступеней в АЦП. При построении многокаскадных АЦП аналоговый выход предыдущего каскада соединяется с входом последующего. В качестве последнего каскада для вывода самого младшего разряда используется компаратор. Рассмотрим особенности функционирования ступеней в 3-разрядном АЦП, схема которого приведена на рис. 14.43.

Если на вход АЦП подавать линейно-изменяющееся напряжение мвх(?) в пределах от - IIоп до +?/оп, то сигналы на аналоговых вы-

Структура трехкаскадного АЦП

Рис. 14.43. Структура трехкаскадного АЦП

Временные диаграммы работы ступеней ФДК

Рис. 14.44. Временные диаграммы работы ступеней ФДК (а) и ФКГ {б) в трехразрядном АЦП ходах (ивых1, ивых2) ступеней ФДК и ФКГ и выходах компараторов (У2, Yv У0) будут изменяться в соответствии с описанными выше алгоритмами их работы. Форма сигналов приведена на временных диаграммах (рис. 14.44). Как следует из рис. 14.44, а, при использовании в АЦП ступеней ФДК на его выходе формируется последовательность двоичных трехразрядных кодов Х2Х{Х0 = 000, 001, ..., 111, соответствующих десятичным числам от 0 до 7, а в АЦП с использованием ступеней ФКГ — полная совокупность 3-разрядных кодов Грея (рис. 14.44, б).

В реальных условиях на входе АЦП включается УВХ, а к цифровым выходам подсоединяется преобразователь кодов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >