Boit_K__Cifrovaya_yelektronika_BookZZ_or g (773598), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Начинается отсчет времени г,. Из интегратора выходит ток, и С разряжается. В течение времени г, сигналы на разных входах компаратора не равны. На выходе Хдействует 0-сигнал. Он инвертируется и появляется как 1-сигнал на входе И-элемента. вввоссннвя с Рис. 13.13. Принципиальная схема нем. (ЗоВ Глава 13. Цифроаналоговый првофаговапгвль, анаимово-гагфровой првофазовапгвль В момент времени г, выходное напряжение интегратора юг станет равным нулю. Оба входных напряжения компаратора теперь равны О В.
На выходе Хпоявляется 1-сигнал. Он инвертируется в О-сигнал, который блокирует И-элемент. Подсчет импульсов закончен и получен цифровой результат. Аналого-цифровые преобразователи с двойным интегрированием работают медленнее, чем АЦП последовательного счета. Однако при одинаковой стоимости они более точные.
Значения Я и С не влияют на точность результата. Точность АЦП зависит прежде всего от отношения Г,/гг и от величины опорного напряжения У,: Е~, г, У Так как вРемена Г, и гг в Равной меРе зависат от частоты генеРатоРа импульсов, эта частота также не влияет на результат. Разумеется, она должна быль постоянна в течение времени г, + гг. 13.2.4. АЦП компенсационного типа В АЦП компенсационного типа преобразуемое аналоговое напряжение 1~ сравнивается с компенсационным напряжением У, Компенсационное напряжение характеризует выходное напряжение цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и поэтому называется также напряжением преобразователя.
На ЦАП подаются цифровые значения до тех пор, пока напряжение преобразователя Ух не сравняется с преобразуемым аналоговым напряжением 1~г Принципиальная схема изображена на рис. 13.14. Перед началом процесса преобразования счетчик устанавливается схемой управления на нулевое значение.
На выходе компаратора действует Х= О. Этот сигнал инвертируется и подается на вход И-элемента. И-элемент пропускает импульсы генератора импульсов к счетчику. Счетчик начинает считать на увеличение от нуля. Цифровой сигнал счетчика превращается цифроаналоговым преобразователем в соответствующий аналоговый сигнал. Из-за суммирующего счет- и, Рис. 13.14. Принпипивльнеп схема АЦП компенсвпионного типа.
гг.г..ь .л.лр а и гр ° глгог гвг) Рис. 13.15. Вил напряжения в процессе преобразования (г, = начало, г, = завершение преобразования, У, = аналоговое напряжение). чика возникает ступенчато поднимающийся выходной сигнал Ул. Когда напряжение ггх достигнет напряжения У, (рис. 13.15), на выходе компаратора появится 1-сигнал. Этот сигнал инвертируется. 0-сигнал блокирует И-элемент. Следующие импульсы не доходят до счетчика, и счетчик перестает считать. Сигнал Х = 1 подводится к другой схеме управления. Она отвечает за ввод показаний счетчика в память.
Показание счетчика и является результатом аналогового преобразования. Результат готов для дальнейшей обработки и может быть выведен на индикатор. Схема управления сбрасывает счетчик на нуль. Начинается новый цикл преобразования. АЦП, построенные по этому принципу, довольно медленны, так как каждый цикл преобразования начинается с нуля. Число возможных циклов преобразования в единицу времени может быть сильно увеличено при применении реверсивного счетчика.
Структурная схема такого АЦП приведена на рис. 13.1б. Компаратор заменен дифференциальным усилителем. На выходе усилителя действует положительное напряжение до тех пор, пока гг'; меньше, чем У Положительное выходное напряжение переключает счетчик на счет в сторону увеличения. Кроме того, положительное выходное напряжение увеличивает частоту колебаний управляемого напряжением осциллятора. Импульсы приходят чаще. Счетчик считает быстрее. Напряжение У„растет быстрее. Чем ближе напряжение У„к напряжению У„тем меньше положительное выходное напряжение усилителя, тем меньше частота колебаний осциллятора, тем мед- ДнФФвовнннвльннй йнвлоговнй Рис. 13.16.
Принципиальная схема АЦП компенсационного типа с непрерывным срав- нением. !4 — 2Н4 (390 Глава 13. ГГтайроаяатоговый «реооразоаииевь, аналогово-цифровой преооразоаипель леннее считает счетчик. Напряжение ГГ постепенно приближается к значению напряжения Уг При ГГ = У, счетчик останавливает счет, полученный результат записывается в память, и его можно обрабатывать дальше. Если аналоговое напряжение У, продолжает изменяться, то процесс преобразования продолжается. На выходе усилителя появляется положительное напряжение, счетчик считает до тех пор, пока У„не станет равным ~. Если ~ меньше, чем Уя, то на выходе усилителя появляется отрицательное напрюкение.
Отрицательное выходное напряжение переключает счетчик на счет на уменьшение. Счетчик считает обратно, тГ„. уменьшается до тех пор, пока не сравняется с Уг После этого счет прекращается, и показания счетчика сохраняются. Показания счетчика остазатся всегда поблизости от значения Уг При изменении ~ требуется немного импульсов в прямом или обратном направлении до равенства напряжений У„и ~. Поэтому процесс преобразования происходит очень быстро.
Управляемый напряжением осциллятор реагирует на напряжение без учета знака. Он колеблется при больших положительных или отрицательных напряжениях быстрее и при малых положительных или отрицательных напряжениях медленнее. 13.2.5. АЦП по принципу напряжение-частота Преобразуемый аналоговый сигнал преобразуется в АЦП в переменное напряжение определенной частоты.
Для этого существует множество схем. Простейшей схемой был бы Г, С-осциллятор, к конденсатору колебательного контура которого параллельно подключен емкостной диод. Емкость диода управляется аналоговым напряжением преобразователя. Вследствие этого изменяется резонансная частота колебательного контура и выходная частота Г,С-осциллятора (см. «Электроника», ч. 3). Такая схема в принципе пригодна, но она слишком неточна. АЦП этого типа должен иметь хорошую линейную связь между напряжением и частотой. Если значение напряжения возрастает, например, в 2 раза, то и частота должна также возрастать в 2 раза. Частота измеряется цифровым способом.
Соответствующее измеренной частоте значение напряже- аавлоговыа Рис. 13. 17. Принципиальная схема АЦП по принципу напряжение — частота. гз.г..ь ц е е ер ° гнпгр гни ния сохраняется как цифровой сигнал. Он может быть выведен на индикатор или обработан. На рис. 13.17 показана принципиальная схема АЦП. Схема управления запускает процесс преобразования. Датчик времени подает 1-сигнал на вход И-элемента. От преобразователя напряжение — частота приходят импульсы, полученные от сигнала, например положительные полуволны напряжения. Они проходят через И-элемент и считаются счетчиком.
По истечении заданного времени датчик времени останавливает счет. Он подает на И-элемент 0-сигнал. Управляющая электроника разрешает запись результата измерения в память. После этого может начинаться следующий цикл преобразования. Точность результата изменения зависит прежде всего от линейности преобразователя и от точности датчика времени. 13.2.6. АЦП прямого преобразования АЦП прямого преобразования работает с компараторами, которые всегда переключают выходное состояние 0 в выходное состояние 1, если на паложительном входе напряжение равно или больше, чем на отрицательном.
Каждый выходной бит привязан к отдельному компаратору. Схема на рис. 13.18 работает с 8 компараторами. Каждый компаратор получает заданное фиксированное опорное напряжение, которое подается на отрицательный вход. Опорные напряжения стандартизованы (например 0,5 В, 1,5 В, 2,5 В, 3,5 В, 4,5 В, 5,5 В, б,5 В, 7,5 В). +з,а а Оппрнпе непрееенне Рис.
13.18. Принципиальная схема АЦП прямого преобразования. (392 Г еяа «ч е ч ца гщ е Рис. 13.19. Рабочая табяипаАЦП по схеме с рис. 13.18. Если преобразуемое напряжение увеличивается с нуля, то при достижении самого малого опорного напряжения (0,5 В) компаратор вьшает на выход 1-сигнал. При достижении следующего опорного напряжения (1,5 В) следующий компаратор выдает сигнал 1 на выход и так далее. Выходные сигналы представлены в рабочей таблице на рис. 13.19. С 8 компараторами возможны 8 уровней напряжения. Выходной код АЦП прямого преобразования по мере необходимости преобразуется в другой код, например в двоичный.
АЦП прямого преобразования работают быстрее, чем все другие виды АЦП. Время преобразования определяется временем переключения компараторов. Оно равняется примерно от 40 до 50 нс. Значит, при 100 нс на одно преобразование каждую секунду возможны 10 миллионов преобразований. Стоимость такого АЦП, разумеется, очень большая. Для аналогоцифрового преобразователя с 128 уровнями напряжения требуются 128 компараторов. 256 уровней напряжения нужны для 8-битового преобразователя.
Для 10-битового АЦП с 1024 шагами напряжения необходимо иметь 1024 компаратора. Высокая степень интеграции современных микросхем позволяет создавать АЦП прямого преобразования с хорошим разрешением. Точность преобразования зависит от точности опорных напряжений и от степени точности компараторов. Контрольный тест 1.
Как работает ЦАП с весовыми резисторами? 2. Цифровые сигналы, представленные в невесовом коде, должны быть преобразованы в аналоговый сигнал. Что нужно делать? 3. Что понимают под разрешающей способностью аналого-цифрового преобразователя? 4. Какие характеристики следует учитывать при выборе аналого-цифрового преобразователя? 5. Перечислите различные виды АЦП. б. Объясните принцип действия АЦП последовательного счета 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
