Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 46
Текст из файла (страница 46)
19.8 -. состоит из трех основных узлов; комп аратора, ЦАП и регистра после ;;.- 1!:::::! щулгепьиого приближения. После подачи команды к Пуски устро йство выборки- ффйяриГя УВХ устанавливается в режим хранения и все разряды регистра последо';:;:,,:вйтвйвзипго приближения РПП сбрасываются в кбж кроме старшего значащего "-:;.,„::,йзфшф~~, который устанавливается в к1».
Выходной сигнал РПП подается на .': .;,уфууфйниий ЦАП. Если выходной сигнал ЦАП больше, чем аналоговый входной К,",," -,йвц1в1Ь старший разряд РПП сбрасывается, в противном случае он остается ус :,„...:,",Звфуддениым. Затем следующий старший значащий разряд ус1анавливается в :!;: 'Ф~в'-'Ееди сигнал на выходе цАП больше, чем аналоговый входной сигнал. старший ;.'::,;„,„й16фьйРПП сбрасывается, в противном случае бит остаем ся установленным.
Оп и,:::.!',~зцЬятироцесс поочередно повторяется для каждого разряда. Когда все разряды, ' ',,-.;;,~~':впйтветствии с входным сигналом, будут установлены в «Ол или в к1ж со .": 1',::„Э зззкимое РПП придет в соответствие со значением входного сигнала и преоб':,'::;;~Ф~Фваиие завершится. Выходное число может быть оч и ано с РПП в виде парал :,;,;;~тввхк1годдоичного кода. если рассматриваемый Ацп имеет выход в виде после-;-'-;,,;,:«ФФФФльного порта, то поспелова~ельне поступаемые биты можно непосред :;..:!в3аенно передавать на выход Точность АЦП последовательного приолюкения определяется стабильностью „:".,: 8~йФйиикаопорного напряжения, то шостью компаратора и, в наибольшей степени, .: "";~~~~Фью и линейностью внутреннего цЛП.
до недавнего времени большинст во -:;;:::,:., ~6Ф~иоиных АЦП поразрядного уравновешивания для достижения желательной !:;:~иегииспользовались тонкопленочные резисторы с лазерной подгонкой. которая ':::,- '~Койно дорога. По шой причине в совремешплх АцП стали применять цАП с :":!:,,'~~ФУу~труемыми конденсаторами. Преимущество таких ЦАП состоит атом, что 265 их точность и линейность определяются, прежде всего, качеством фотолитографии -:,::,' которое, в свою очередь, зависит от площади конденсаторных пластин.
Недостатком последовательных АЦП является низкая помехоустойчивость "';:. результатов преобразования. Она обусловлена тем, что мгновенная выборка'.'"'",:" входного сигнала, сохраняемого в УВХ, обычно включает слагаемое в виде'.'-;.:,,: мгновенного значения помехи. Будучи весьма популярными, АЦП последовательного приближения " ':.
поставляются с широкой гаммой разрешающих способностей (8 — 18 бит), частот дискретизации (до 1,5 МПс), опций ввода-вывода, конструктивного,:,:: исполнения и стоимостных показателей. Многие устройства являются пол ными системами сбора данных с входными мультиплексорами, которые позволяют одному еядруе АЦП обрабатывать много аналоговых сигншзов, нанять еОвяявоаьеие яняяо вя высел 1111 Ж Я ~ 11ОО Я , 1ООО Ы а меряемое ° ряжение О1 аО Время преобразования б) Время Рис 19.8. АЦП последовательного приближения 1а) и его временные диаграммы (б) 2бб ",ьл4„::Последовательно-параллельные АПБ конвейерного типа :.", '=-:; °; Ю.Р ';.~;:.;;",:.," .Гйсиедовательно-параллельные АЦП занимают промежуточное положение ьЬГацлельными и последовательными АЦП по разрешающей способности ,".-::"-".'6:."."'':."бдейетвию.
Показанный на рис.19,9 АЦП является 12-разрядным -'-" . 4~" , '; ";: "- „'ьаяпейчщьви конвейерным, или субинтервальным, преобразователем. Первое :=!;;,:,!'="': Разцвание выполняется 6-разрядным АЦП„которьщ управляет 6-разрядным '~;,',::;:::,'~д.,'Яа выходе 6-разрядного ЦАП получается 6-разрядное приближение ,~1т~йтвового входного сигнала. УВХ 2 осуществляет времен ну ю задержку анап о- :,::;,' ': ~фу~з,~игнала, пока первый АЦП производит преобразование и ЦАП устанав -'„'--,"-':'':,~йфвебуемьщ сигнал на выходе.
Затем полученное с помощью ЦАП при бл иже- ':",'. ~щзйитается из аналогового сигнала на выходе УВХ 2, результат усиливается ',;;:,,;йййзйфрзвьшается вторым бразрядн ым АЦп, Результаты этих двух и реоб разо на ::"';!$р~феб1лдиняются и подаются на выход ;;"::.~, "::;::: Вйедение элементов задержки аналогового и цифрового сигналов между :,"Г"~й1рйцяммй преобразования реализует конвейерный принцип преобразования 1;,-, ~~у~й1йнаногового элемента задержки выполняет УВХ 2, цифрового — буферный ,',-,~~1тиру,':который задерживает передачу старших разрядов на один такт "::;"-;,;,'.!, 1йзивейерная архитектура значительно увеличивает частоту выборок мно -:":,,','~~еаУсвеичатого АЦП.
Это дает возможность без проигрыша в быстродействии -:, '~й1ййинлвать количество ступеней АЦ1 1, понизив разрядность каждой ступени : .":-~31й11вЮ; выполнение преобразования за три, четыре или, возможно, даже большее ;,::.'ф~й~чЕВПкэконвейерных ступеней вызываег дополнительную задержку выходных ;- ф3ф~ьгдсПозтому, если АЦП используется в событийно-управляемом нли одно-;:;-',:.;орйтйобг режиме,требующем однозначного соответствия времени между каждым Рис.19.9.
Конвейерный АЦП 267 отсчетом и соответствующими данными, то конвейерная задержка может прзгвести,,' к нежелательному результату. В этом случае предпочтительна архитектура.-'- последова~ельного или параллельного типа. Конвейерная задержка может созлщь .'': проблемы в высокоскоростных системах управления с обратной связью вли в', приложениях с мультиплексированием данных.
Кроме того, некоторые конвейер., ные преобразователи рассчитаны на определенную минимально допустимукз; скорость преобразования. 19.5. Сигма-дельта АЦЫ Когда требуется ралэешение лучше 16 двоичныхразрядов при высоков асготе .,:..', выборок, рассматривавшиеся до сих нор методы преобразования становятся ': ':' нелостаточно эффективными, особенно при малых уровнях сигналов. Требование -, .-";, точно откалиброванного многоразрядного ЦАП в качестве элемента схемы преоб. "-",'":;::; разования становится чрезмерно жестким.
Даже малые отклонения уровпеи на ',;:;: выходе ЦАП от их номинальных значений, обусловленные разбросом параметров, и различное время срабатывания ключей могут привести к провалам в проходнон;-':.:;.::. характеристике и даже к пропуску отдельных двоичных комбинаций на выходе.
Сегодняшние скоростные цифровые схемы позволяют создавать преобра- -'..'::!,' зов пели, действующие по принципу избыточной дискретизации и работающне,.".!! с частотой выборок, значительно превосходящей теоретический минимум, определяемый шириной занимаемой сигналом полосы. Выгода от применения избыточной дискретизации заключается в том, что спектр шума квантования:,: '.,':.',; можно распределить по более широкому интервалу частот. Это дает возможность' --":: '; большую часть шума оставить вне зоны используемых частот при обратнои фильтрации дискретизованного сигнала с сохранением компонентов только в , '-':!!'.
полосе исходного сигнала. Рассмотрим методику избыточной дискретизации с анализом в частотной области. Там, где преобразование постоянного напряжения имеет ошибку квантования до 1'2 младшего разряда (МЗР), дискретная система, работающая с.':.,';-", псременным входным си~ налом, обладает шумом квантования. Р)лояльный классический Х-разрядный АцП игяеез среднеквадратичное значение шума квантованиЯ, Равное 6 1ч) 2. ШУм квантованиЯ РавномеРно РаспРеДелен в пределах полосы Котельникова от 0 до )в(2 (где 6 — значение младшего знала щего бита и 6 — частота дискретизации), как показано парис.19.9, а.
По поЮ его отношение сигналгшум для полиодиапазонного синусоидального входного сигнала будет (6,02Кч1,76)дБ Если АЦП несовершенен и его реальный 1лум больше, чем его теоретический мииимальный шум квантования, то эффективная разрешающая способность будет меньше, чем Х-разрядов. 268 " '-,::-..., -;-':;,[фйййй выбрать более высокую частоту дискретизации К,'й (рис.19.10 а), '~й)))(ЕКВадратИЧНОЕ ЗНаЧЕНИЕ ШуМа КВаНтОВаНИя Оетаптея Л !Ус[2, НО ШуМ .пределен по более широкой полосе от О до,гв,т2.
Если затем исполь ;„'-;,-,,: -::: ~-на[коде цифровой низкочастотный фильтр, то значительно уменьшится ~(((Рантования, но сохранится полезный сигнал, улучшая таким способом ..!;-;:-~айве число разрядов. Таким образом, выполняется аналого-цифровое ;.,',,й; тт' " рвзотваиие с высоким разрешением при использовании аналого-цифрового ,' ~; ".'~збрччователя с низкой разрешающей способностью. коэффициент к здесь ,"":;: ~м~)млаезтся, как коэффициент избыточной зшскретизации. при этом необходимо ',;,' „:~!'-"" -:"~в«лтгьт что избыточная дискретизация до пол интел ь но выгодна еше и тем, что „!',,':."'.йныомййсает требования к аналоговому ФНЧ ;.::[: °: 'Твык как ширина полосы пропускания уменьшена выходным цифровым ...
«'-';.',"~щам, скорость выдачи выходных данных может быть ниже, чем перво на ,;::; МЙнтьтниаа ЧадтОта ДИСКРЕтИЗаЦИИ (К/б), И ПРИ ЭТОМ ВСЕ жЕ УДО ВЛ ЕтВО РатЬ тЕ О РЕМЕ ;;:..~122$л~пыапаа. ЭтО дОСтИГаЕтСя ПОСрсдетВОМ ПЕрЕдаЧИ На ВЫХОД КаждОГО М-ГО '",-,~~тяга и отбрасывания остальных результатов. Такой процесс называют .-,:!:~~йцйщйсиейс коэффициентом М. Несмотря на происхождение термина (дссеш ".'-"-'=-':~,'дйтьщн -десять), М может принимать любое целое значение, при условии, ."',:: -~~рй)(адттотавыходных данных больше, чем удвоенная ширина полосы сигнала ;!:;;~~фЕ)2йжввыаниене вызывает никакой потери информации (см.
рис.[9.10, б) ШУМ Приивн ив нритврнн квднтовдния = Д 1 12 Ной«внято ;:,~:.!":;:,':::,::: н ~ ~ с ыв Нвбыточнвя дис рвтиввнин 'в '"- тэ + ннфровой фнявтр Я«бытов вя дисвр тиввния вфоринроввиив ф риы К1 К(в ириной рвснрвдвнвння шуив 2 2 ннфровои фияыр уДАляемыЙ шум ' «[ ХЛ [Ннфр вой ' ~;:;:Т, [МОО, [ фнн„,р ОЕС ,;;*".5, [~ к[ 2 2 . Рис,! 9.1О. Спектры шумов квантования в простом тчЦП (а), АЦП [';;;„-', Ео.'Мабвттснисй ДИСКРЕтнэаЦИЕй, ЦИФРОВЫМ фИЛЬтРОМ И ДЕЦИМаЦИЕй [б) И т;;-'~ ~ФПс избыточной дискретизацией, цифровым фильтром и децимацией (в) 269 Если использовать избыточную дискретизацию только для улу ~ыения '-' ".,::, разрешаюшей способности, необходимо применять коэффициент избьпочности 2', чтобы получить Н- разрядное увеличение разрешаюшен способное-,'и Сигма-дельта (ЕЬ) преобразователь не нуждается в таком высоком коэффвци.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
