Уч. пособие - Аналого-цифровые преобразователи сигналов - Бруханский А.В.

принципиально можно дискретнзнровать сигналы, нмегощне ширину спектра порядка 20 МГц. Таким образом, дискретизааи с помощью самого АЦП прижат ' . расхвкцеинв требований межцу быстродействием АЦП и периодом Это расхощнение достигает 2...3 порядков и сильно усложняет н удорожает процесс гак кйк двлВ для сравнительно узкополосных сигналов требует весьма быстродействукяких АЦП, Для достаточно широкого класса быстро изменаощихся сигналов зту проблему решают с'помощьюустройзм амбарном-хражкив, имеющих малое апертурное время. Ркс.

2, Хяьсск4ккаиия АЦП В настоящее время ЙзвФтно большое чксло методов преобразования кйпрвкекке-код. Этк методы сушествекко отлкчЯОтся друг от друга потенциальной точностью, скоростью преобразования к сло)ккостьзО аппаратной реализации. На рис. 2 нредставкена классификаций АЦП по методам преобразования. В Оскову классификации АЦП положен признак, указывающий на то, кйк во времени разворачивается процесс преобразований аналоговой величины в цнфровунк 8 Основе преобразования выборочных значений скгкалй в цифровые эквиваленты лежат операции кзантовйнкя н кодирования, Онн могут осуществлятъся с помощью либо последовательной, либо параллельной, либо последовательно-параллельной процедур ПРКблнжЕКкЯ ЦнфРОВОГО ЗКВНВйЛЕНта К ПРЕОб~Ой ВЕЛИЧИНЕ.

1 Параллельные АЦП АЦП этом типа осуществлаог квантование сигнала одновременно с помощьв набора компараторов, включенных параллельно источнику входного снгнйлй. Яй рнс. 3 показана реаязшцнк параллельного метода А14- преобрйзовйккя для 3-разрядного числа, С помощью трех двОкчных разрядов можно представить восемь различных чисел, включая куль. Необходимо, слеловйтеяько, семь компйрйторов.

Семь соответс~~ощкх зквкднсгйктных опорных напряженки обрйзуклся с помощью резкстквкого делителя. Если пркложеккое входное напряжение не выходит за пределы диапазона от ~4Ь, до '1зЬ, где Ь Ц ~7 - квант входного кйпрекеккя, состветствукиций единице младшего разряда АЦП, то компараторы с 1-го по З-й устанавливаются в состояние 1, а компараторы с 4-го по 7-й «в сосенке О. Преобразование зтой группы кодов э трехзначное двоичное число выполнйет логическое устройство, называемое приоритетным шифратором„ диаграмма состояний которого приведена в таблЛ. Ж~.' 4и г. Подключение приоритетного шифратора мепосрФЫтвекно к'выходу АЦП м(виет Щ)ивести и Ошибочному результату прн считывании выходногО колй Раес~иркм, например переход От трех к четырем„или в двоичном коле от 011 к 100. Если старший разряд вследствие Меныиего времени задержки изменит свое состояние раньше других разрядов, то временно иа выходе возникнет числе 111, т.е.

семь, Величина ошибки в этом случае составит половику измеряемого диапазона. Ю СЭ Ю 4Р $мв$ап$$ П$'.В Ф св .ЭЕПИ~Ы~ЮИЮ ПвсЭЖЭЮП !! ' !1 ' ° В ° Ф ° ' ° ° 1 ° Ф ° ' !. ° ° 1 В а Ф Ф а а . ° с Э !! $ . $ . В Ф в: ! !.. !а! °, ! В ° ° $ ВК а ° ° В .,! В Э ° вс!'! .. : в . ., а а в а' э ° ' в! Фв 1 ! . ° $ $:; а .;к ° ° 4 Ф 1, Мв Ф Ф $ ° !. В.: 11. !Э!! в ! . 1 ° ! 1 1 ° Ф . Ф ° ° ЭФ $ '1: ! . ° В».Э ° Э" 1<1:Ф Э 1! ° ° ° с~ в ° в! ! ° сас;в.! В ° Э! ~ ° .' !'1' ° ° ° ' а'В °: В,; В'.

° 1 ° ° ° 1 ..В ° с ° . 1, ! °, в ° °: !! !с ! ° Э 1 ° !а: ° с: - ° ° с! ° ° ° °;, ' ° 1 ° '1 ' ° ° ° ° ° !!! !11: В ° Фв! ' ': 1, ° ° !! ° ° Ф ° 1 Ф Ф - ° ' 1 1.1'; В а Э 1 ! ' ° с! а 1 ~! '- , с ° с' ° ' а ° ! ° $ ' ° ° с1 ° в ° ° . ' ° ° ° * ' ! 1 ! вс ! в В ° св, ° ° ! ' $1 Ф ° 1 ' $ °,$$ Ф к!. ° 1., в ! Ф :в, $,$ \с: а ° ", ° с в! в ° ЭВ В.. 1 !! ° Э $ ! Э ° °,, Ф ' ' °; 1 в, в ' ° в 1. !.. !! ° Ф !а ° В 1 ° ! В, ° в ° ° 1 ° ' Фв! $СВ' Э В!Фа Ф, ВС ° ": $11' 1: ° '.

1' 11 с ° $$ В В ° ! В ° $ в! ' ° ° Ф В . °:. ! .Е 1' Ф ° ° $ ! ! 1 с ° $ °, В' ! . Ф* °, ФВ! 1 ° $' . э ° а в а в в '$ - Ф ° 1'! э. ' 1'$$1 ° в: ° 1. ! с!! ° 1 ° а '- ° ° са Последовательно-параллельные АЦП Последовательно-параллельные АЦП являются компромиссом между стремлением получить высокое бы ейсгвие н желанием сделать зто по возможности меньшей пеной.

Последовательно-параллельные АЦП занимают промежуточное положение по разрешающей способности н бысгродейсгвкю между параллельнымн А~4П н АЦП последовательного приближения, Последовательно-параллельные АЦП подразделяют на многоступенчатые, мкоготакткые и конвейерные. Многоступенчатые АЦП В многоступенчатом АЦП процесс преобразования входного сигнала разделен в кространстзе. В качестве примера на рнс. 4 представлена схема двухступенчатого $-разрядного АЦП. Рнс.4. Сгруктурнвя схема двухступенчатого АЯ1 Верхний по схеме АЦП осущесгапвет грубое преобразование угнала в четыре атврших разряда выходного кода.

Цифровые сипавы с выхода МЩ,аоступают на выходной регистр и одновременно на вход 4- б с~роайспующюге ЦАп. Во мищю4~мс щв АЦП (А09043, АР90 О н др.) этот ЦАП выполнен по схеме есуммироваиия тонов иа:дифференциальных переключателях, р ( но кекото ые А0775, АО9040А к др.) содержат ЦАП с напряжений. Остаток от вычитали выходного напряжения ЦАП из входного напряжения схемы поступает иа вход АЦП2, опорное напряжение которого в 16 раз меньше, чем у АЦП1, Как следствие, квант АХИ в 16 раз меньше кванта АЦП1.

Этот остаток, преобразованный АЦП2 в цифровую форму представляет собой четыре младших разряда вюадиого 'иода. Различна между АЦП1 н АЦП2 заключается прежде всего в требовании к точности: у АЦП1 точность должна быть такой же как у $-разрядного преобразователя, в то время как АЦП2 может иметь точность 4-разрядного. Грубо приближенная н точная величины должны, естественно„соответствовать одному н тому же напряжению ц (ф Из-за наличия задержкн сигнада в первой ступени возникает, однако, времениое запаздывание. Поэтому при использовании этого способа входное напряжение необходимо дд р по е жива"гь постоянным с помощью устройства выборки-хранения до тех пор, пока не будет получено все число, Многотактные последовательно-параллельные АЦП Рассмотрим пример $-разрядного последовательно-параллельного АЦП, относящегося к тику многотактных (рнс.

5). Здесь процесс преобразован)д разделен во времени. Преобразователь состоит нз 4-разрядного параллельного АЦП„квант Ь которого определяет~я величиной опорного напряжения, 4-разрядного ЦАП и устройства управлении. Если максимальный входной сигнал равен , то в первом такте преобразователь работает с агом кваиговаиия Ь~ 0,16 В, В это времл входной код слово в четь ЦАП равен нулю.

Устройство ущемления пересылает полученное от АЦП в нервом такте сло ~ре старших разряда выходного регистра, подаег зто слово иа вход ЦАП и уменьшает в 16 раз опорное напряжение входного напряжения схемы выходного напряжения ЦАП, будет преобразован в младшн полу а в н в младший по байт выходного слова. Очевидно, что используемые в этой схеме 4-разрядные АЦП и ЦАП должны обладать 8-разрядной точностью, в противном случае возможен пропуск кодов, т.е. при монотонном нарастании входного напрюкення выходкой код А14П ке будет принимать некоторые значения из своей шкалы. 'Гак же, как к в предыдущем преобразователе, входное напряжение мюготэкткого АЦП во время преобразования должно быть неизменным, для чего между его входом и источником входного сигнала следует вклточкть устройство выборки-хранения, Быстродействие рассмотренного мкоготактиого АЦП определяется полным временем преобразования 4- разрядного АЦП, временем срабатывания цифровых схем управления, временем установления ЦАП с погрешностью, ке превышающей 0,2...0,3 кванта $-разрядного АЦП, причем время преобразования АЦП входит в сбы~ее время преобразования дважды, В результате прк прочих разных условиях преобразователь такого типа оказывается медленнее двухступенчатого преобразователя, рассмотренного выше.

Однако ои проше и дешевле, По быстродействию мкоготактиые АЦП занимают промежуточное коложеиие между многоступенчатыми А14П н АЦП последовательного приближения. Примерами циоготэктиых АЦП являктгся трехтакткый 12-разрядный А07886 со временем преобразования 1 мкс, или трюаэкткый 16-разрядный А1И382 со временем преобразования 2 мкс.

Конвейерные АЦП Быстродействие многоступенчатого АЦП можно ювысить, применив конвейерный принцип многоступенчатой обработки входюго сигнала. В обыкновенном мюгоступеичатом АЦП (рис. 4) вначале происходит формирование старших разрядов выходном слова преобразователем АЦП1, а затем идет период установления выходного сигкалэ ЦАП.

На этом интервале АЦП2 простаивает. На втором этапе во время преобразования остатка преобразова елем АЦП2 простаивает АЦП1. Введя элементы задериски аналогового н цифрового сигналов между ступекями преобразователя, получим конвейерный АЦП, схема 8-разрядного варианта которого приведена иа рис 6. Рнс, 6. Структурная схема юиваеркогю АЦП Роль аналогового элемента задержки выполняет устройство выборки-хранения УВХ2, а цкфровогочетыре ЕИркггера. Триттеры зэдерживэктг передачу старшего полубайта и выходной регистр иэ адин перюд тактового сигнала С1.К. Сигналы выборки, формируемые из тактового сигнала, поступают иа у'ВХ1 к УВХ2 в разные моменты времени (рнс.