АЦП последовательного приближения

Метод последовательного приближения – наиболее распространенный способ реализации функции аналого-цифрового преобразования в преобразователях со средним и высоким быстродействием. В структуру АЦП последовательного приближения также входит ЦАП. Однако в отличие от АЦП с динамической компенсацией в АЦП последовательного приближения выходной сигнал ЦАП нарастает до уровня входного сигнала точно за n тактов (для n-разрядного преобразователя). В результате процесс преобразования занимает гораздо меньше времени, и, кроме того, время преобразования не зависит от уровня входного сигнала. Данный метод основан на аппроксимации входного сигнала двоичным кодом и последующей проверке правильности этой аппроксимации для каждого разряда кода, пока не достигается наилучшее приближение к величине входного сигнала. На каждом этапе этого процесса двоичное представление текущего приближения хранится в так называемом регистре последовательного приближения (РПП).

На рис. 5.6 показана базовая функциональная схема 3-разрядного АЦП последовательного приближения с иллюстрацией принципа ее работы. Преобразование всегда начинается с установки единичного значения СЗР в РПП.

Это соответствует первоначальной оценке величины входного сигнала половиной величины полного диапазона (полной шкалы). Компаратор сравнивает выходной сигнал ЦАП с входным напряжением и выдает контроллеру команду на сброс СЗР, если эта первоначальная оценка превышает величину входного сигнала; в противном случае остается установленное значение СЗР. В следующем такте котроллер устанавливает в единичное значение следующий (по старшинству) разряд, и снова, исходя из уровня входного сигнала, компаратор «решает», сбрасывать или оставлять установку этого разряда. Преобразование продолжается аналогичным образом, пока не будет проверен последний МЗР. В этот момент содержимое РПП и выходного регистра является наилучшим двоичным приближением входного сигнала – это и есть выходной цифровой сигнал (слово) АЦП. Поскольку в процессе последовательного приближения установка значений разрядов выполняется в последовательном порядке, то в АЦП этого типа исключительно просто обеспечивается последовательный вывод данных. Обратим внимание, что предполагалось постоянство уровня входного сигнала в процессе преобразования. Вообще говоря, мы не можем гарантировать выполнение этого условия, и необходимо учитывать влияние изменения входного напряжения на выходной сигнал преобразователя; эта проблема обсуждалась в разд. 5.1.