АЦП последовательного приближения (последовательные АЦП).

В областях применения АЦП где не требуется высокое быстродействие, а высокие затраты не допустимы нет необходимости использовать параллельные АЦП. Для этих целей были разработаны АЦП последовательного приближения имеющие существенно меньшее быстродействие, но и значительно дешевле параллельных АЦП.

Существует несколько разновидностей построения последовательных АЦП: АЦП с реализацией весового метода и АЦП с реализацией числового метода.

Рассмотрим АЦП последовательного приближения с использованием весового метода, рисунок 127.

Это устройство должно содержать следующие функциональные блоки:

тактовый генератор,

устройство управления,

регистр последовательных приближений,

цифро-аналоговый преобразователь,

компаратор.

Тактовый генератор определяет частоту изменения последовательных значений кода в процессе преобразования. Устройство управления изменяет значение кода в соответствии с заданным алгоритмом. ЦАП формирует аналоговое напряжение U(Z), которое сравнивает компаратор с входным напряжением.

Работа АЦП состоит в следующем. По сигналу начала преобразования устройство управления присваивает старшему разряду кода единичное значение z7=1. ЦАП формирует соответствующее ему напряжение U(Z), которое срвнивается с входным напряжением Uвх. По результату сравнения устройство управления либо оставляет z7=1, если Uвх ≥U(Z), либо z7=0, если Uвх<U(Z). Далее устройство управления переходит к формированию следующего младшего разряда z6 по этому же алгоритму, т.е. сначала z6=1 и в зависимости от результата сравнения напряжения U(Z) соответствующего полученному коду формируется окончательное значение z6 и так далее пока не будут сформированы значения всех разрядов кода. Процесс преобразование имеет определенную продолжительность во времени и естественно, что в течении этого же времени изменяется и входное напряжение, а это приводит к существенной ошибке преобразования. Чтобы уменьшить ошибку перед компаратором устанавливают устройство выборки и хранения (аналоговое запоминающее устройство), которое выбирает (запоминает) входную переменную перед началом преобразования и сохраняет его неизменным на все время преобразования. По этому способу работает микросхема К572ПВ1. Подобные устройства имеют среднее быстродействие и низкую стоимость.

Работа схемы осуществляется следующим образом. Входное аналоговое напряжения с резистора R1 подается на не инвертирующий вход компаратора. На инвертирующий вход компаратора подается напряжение с выхода ЦАП U8, которое в начальный момент равно 0В. следовательно на выходе компаратора будет высокий уровень напряжения, который откроет ключ U1 на элементе 2И-НЕ. Импульсное напряжение с генератора V3 через открытый ключ U1 поступает на вход двоичного счетчика U3, выходы которого подключены к разрядным входам ЦАП U8. В процессе счета код на выходах счетчика увеличивается и, следовательно, увеличивается и выходное напряжение формируемое цифро-аналоговым преобразователем. Когда его величина станет равной входному напряжению выход компаратора переключится на низкий уровень, что приведет к закрыванию ключа U1, счетчик остановится и на его выходах будет двоичный код соответствующий входному напряжению.

Быстродействие данного АЦП в основном определяется частотой тактового генератора. При данной конфигурации схемы этот АЦП будет работать только с возрастающими входными напряжениями, так как используется суммирующий счетчик.

Обе рассмотренные схемы позволяют построить АЦП среднего быстродействия.

Если не нужно даже среднее быстродействие (например в настольных измерительных устройствах с цифровой индикацией), но требуется высокая точность измерений целесообразно использлвать АЦП двойного интегрирования.

Лекция 39.