Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 55
Текст из файла (страница 55)
.—:.-. В результате последовательного увеличения выходного кода счетчика Ф происхо'"..дит последовательное ступенчатое увеличение выходного напряжения иа ЦАП. '':: Питание ЦАП выполняется от источника опорного напряжения ио Когда выходное напряжение ЦАП сравняется с входным напряжением, про,' изойдет переключение компаратора и по его выходному сигналу «СТОП» ра': зомкнется юпоч о. В результате импульсы от генератора перестанут поступать иавход счетчика.
Выходной код, соответствующий равенству и„е иь снимается ::::- .с выходного регистра счетчика. Графики, иллюссрирующие процесс преобразования напряжения в цифровой :, код, приведены на рис. 26.4 б. Из этих графиков видно, что время преобразования б) н, а) Вход кп ус к я (и„) 0 0 Рве. 2б.4. Структурвая схема АЦП поелепоаатекавого гвеза 1а) и графики процесса преобразоаавия (б) переменное и зависит от уровня входного сигназ|а.
При числе двоичных разрядов счетчика, равном л, и периоде следования счетных импульсов Т максимальное время преобразования можно определить по формуле: (26.4) Так=(2к-.1) Т. Так, например, при и=10 разрядов и Т=1мкс (т. е. при тактовой частоте 1МГц) максимальное время преобразования равно Тк„=(2""!)=1024мкске! мс, что обеспечивает максимальную частоту преобразования около 1кГц. Уравнение преобразования АЦП последовательного счета можно записать в виде: где 0<угсл — число ступеней до момента сравнения„л(/=Л вЂ” значение одной ступени, т.
е, шаг квантования. Структурная схема АЦП последовательного приближения приведена па рис. 20.5 а. По сравнению со схемой АЦП последовательного счета в ней сделано одно сущесзвенное изменение — вместо счетчика введен регистр последовательного приближения (РПП). Это изменило алгоритм уравновешивания и сократило время преобразования. В основе работы АЦП с РПП лежит принцип дихотомии, т, е. последовательного сравнения преобразуемого напряжения и„„с 1У2, 1к4, 1/8 и т.д. возможного максимального его значения (з',к.
Это позволяет для л-разрядного АЦП выполнить весь процесс преобразования за и последовательных шагов приближения (итераций) вместо (2к ') при использовании последовательного счета и получить Раздел 6. Аналого-цнф оные и уикциональпые устройства 0 из~ 0 (Ш н3! Кол 0~ )Л.~ 0 Е Лекция 2б. Аналого-ли овне п об азоватепи Вход Компара»ьр Г ~ Гснсра»ор 1 .'з'' 1 гак»свих имгивьгов ьи З б'„ . 7 в) с„'и„, '- а 6'г » Г .г с„~;„ ! ли о' и '' Рис. те 5.
С»ртктурная схема АЦП поспедовагсвьного прибвижсния !а), »рафики про~»с»ха прсосразовааия !б! н диа~рамма посьеговагепьносги переходов дия»рсхразрядного АЦП !в! ':-: существенный выигрыш в быстродействии. График процесса преобразования АЦП с РПП показан на рис. 26.5 б " 8 качестве примера на рис.
26.5 в показана диаграмма переходов для трехраз.:;,' - рядного АЦП последовательного приближения. Поскольку на каждом шаге про'!»,'-изводится определение значения одного разряда, начиная со старшего, то такой АЦП часто называют АЦП поразрядного уравновешивания. При первом сравне;:::;.
'нии определяется — — больше или меньше напряжение ихо чем 6»„,/2. На следующем шаге определяется, в какой четверти диапазона находится им. Каждый последующий шаг вдвое сужает область возможного результата , При каждом !лаге сравнения компаратор формирует импульсы, соответствую.щие состоянию «больше-меньшеи (! или О), управляющие регистром последова'тельных приближений х Структурная схема параллельного АЦП приведена на рис.
26.6. Преобразова:".:;..'тель осуществляет одновременное квантование входного сигнала вм с помощью 231 Раздел 6. Аналого-ци овые и ункциональные устройства Вход Выход кода Рис. 2б.б. Структуриах схсма иараддальиого АЦП набора компараторов, включенных параллелыю источнику сигнала. Пороговые уровни компараторов установлены с помощью резистивного делителя в соответствии с используемой шкалой квантования.
При подаче на входы компараторов сигнала и,„на их выходах получим квантованный сигнал, представленный в унитарном коде. Для преобразования унитарного кода в двоичный (или двоично-десятичный) используют кодирующий преобразователь. При работе в двоичном коде все рези-. сторы делителя имеют одинаковые сопротивления Я. Время преобразования такого преобразователя составляет один такт, т. е. Та = Т, Параллельные преобразователи являются в настоящее время самыми быстрыми и могут работать с частотой дискретизации свыше 100 МГц. Для получения более широкой полосы пропуска-' ния компараторы обычно делают стробируемыми.
Делитель опорного напряжения представляет собой набор низкоомных ..'.;.'::! резисторов с сопротивлением около 1 Ом. По выводу «Коррекция» возможно проведение коррекции напряжения смещения нулевого уровня на входе, а по выводу У„,.„- -- абсолютной погрешности преобразования в конечной точке шкалы. Номи- ' нальные значения опорных напряжений имеют значения: У„д=-0,075...0В„и . "-4 У„« = — 2,1 .,-1,9В. Типовая задержка срабатывания компараторов около 7нс Структурная схема последоваглелыго-лараллелглюго АЦП приведена на рис.
26.7. Такой АЦП работает в несколько тактов. В первом такте АЦП преобразует стар'- .' '";.': шие разряды входного напряжения и,„в цифровой код (на схеме это разрядЫ 2"...2'). Затем во втором такте зти разряды преобразуются с помощью ЦАП Лекция 2б. Аналого-пи овые л собраэоват~гн 25 23 2г 2' 2с Рнс.
Зб.к Струхгурная схема нараллельно-лосясловагельносо АЦП в напряжение, которое вычитается из входного сигнала в вычитаюшем устройстве .: ВУ. В третьем такте АЦП2 преобразует полученную разность в код младших разрядов входного напряжения им. Такие преобразователи характеризуется меньшим быстродействием по сравнению с параллельными, но имеют меньшее число компараторов.
Так, например, для 6-ти разрядного параллельного АЦП необходимо 64 компаратора, а для нос'-";. ледовательло-параллельного АЦП вЂ” всего 16. Количество каскадов в таких АЦП может быть увеличено, поэтому они часто называются многокаскадными или конвейерными. Выходной код таких АЦП :..: представляет собой сумму кодов Аг=Аг;+Агг+гуг+..., вырабатываемых отдельными каскадами К АЦП мгновенных значений также относятся некоторые типы АЦП с время- :.', импульсным преобразованием. Структурная схема такого АЦП приведена на рис, 26.8. В основу работы этого преобразователя положен метод преобразования ,: ' входного напряжения во временной интервал.
Графики процесса преобразования приведены на рис. 26.8 6 АЦП состоит из генератора линейно-изменяющегося напряжения ГЛИН. двух :.', компараторов К1 и Л2, формирователя длительности импульса т„, генератора так" товых импульсов и счетчика, с выхода которого снимается код преобразованного ,.ийдряженыя. Первый импульс и, формируется при сравнении напряжения и„„с .:::.;напряжением и„а второй импульс и, формируется при достижении напряжением ,:: 16 нулевого уровня. Быстродействие таких АЦП невелико: время преобразования -'; 'в луцием случае сос.-гавляет 20... 50мкс. Уравнение, описывающее работу АЦП, можно определить следующим обра::. зом. Напряжение и„вырабатываемое ГЛИН, имеет вид: и, = сг'„-кг (26.5) ::. где 1'. — крутизна пилообразного напряжения. Моменты времени В и б срабатывания компараторов К1 и Л2 определяются по формуле (26.5) К„-них й= 'р к; б=й .;;:,Дпптельносгь импУльса опРеделим как Разность та = б — й = и /гс.
Количество импУль-: сов, подсчитанных счетчиком, равно Ф=дгг„, где„4~ — частота тактового генератора 283 Раздет б. Аивлато-цн овые и икпионвяьные устройства 6) а) ! Комвврвтор 1 Геиервтор 1 -' "Ё Выход коде т, ! ~Преобр (у ШШШ' " ор Рис.тбй Структурная схема АЦЛ время-имвуввсиого иреобрюоввиия Уя) и ~рвфики вроисссв греобрвзовивия (б) АЦП средних значений напряжения (интегрирующий АЦП) можно разделить на следующие основные виды. с время-импульсным преобразованием. с часготпоимпульсным преобразованием и со статистическим усреднением. Наибольшее рас-, пространение получили первые две группы АЦП.
Структурная схема интегрирующего АЦП с время-импульсным преобразова- ' нием приведена на рис. 26.9 а. Работу этой схемы можно разделить на три такта,. В первом такте производится заряд интегратора„во втором —. его разряд, а в третьем коррекция нулевого уровня интегратора. Графики, иллюстрирующие работу АЦП, приведены на рис. 26.9 6. В первом такте. имеющем фиксированную длительность Т„замкнут ключ Ж, а остальные ключи разомкнуты. В этом случае входное напряжение и„через зам-, кнутый ключ о! и сопротивление )(, заряжает емкость С, интегратора и выходное напряжение растет линейно во времени, как показано на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
