АЦП. Общие положения. Параметры АЦП. Погрешности АЦП.

Аналого–цифровым преобразователем (АЦП) называют устройство, преобразующее входную аналоговую величину в соответствующий ей цифровой эквивалент – код, являющийся выходным сигналом преобразователя. АЦП обеспечивает как дискретизацию непрерывного сигнала по времени, так и его квантование по уровню.

В последнее время наибольшее распространение получил подход к классификации, основанный на том, как во времени развертывается процесс преобразования аналоговой величины в цифровую. В основе преобразования выборочных значений сигнала в цифровые эквиваленты лежат операции квантования и кодирования. Они могут осуществляться с помощью либо последовательной, либо параллельной, либо последовательно–параллельной процедуры приближения цифрового эквивалента к преобразуемой величине.

Исходя из этого целесообразно разделить методы построения АЦП на последовательные, параллельные и последовательно–параллельные.

Последовательные АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением

Этот преобразователь является типичным примером построения АЦП с единичными приближениями (рис. 4.3) и состоит из компаратора, счетчика и ЦАП. На один вход компаратора поступает входной сигнал, а на другой – сигнал обратной связи с ЦАП.

Рис. 4.3

Работа преобразователя начинается с прихода импульса запуска, который включает накопительный счетчик. Процесс преобразования продолжается до тех пор, пока напряжения обратной связи сравняются с входными напряжениями и срабатывает компаратор, который своим выходным сигналом прекратит поступление счетных импульсов на счетчик и осуществит считывание с него выходного кода, представляющего цифровой эквивалент входного напряжения в момент окончания преобразования.

Время преобразование этого АЦП является переменным и зависит от амплитуды входного напряжения.

Статическая погрешность преобразования определяется суммарной статической погрешностью используемых ЦАП и компараторов, при этом надо иметь в виду, что частоту счетных импульсов необходимо выбирать с учетом завершения переходных процессов в них.

Интегрирующие АЦП

Интегрирующие аналого–цифровые преобразователи уступают по быстродействию преобразователям последовательного приближения. Вместе с тем они имеют и явные преимущества: минимальное число необходимых точных компонентов, высокую помехоустойчивость, отсутствие дифференциальной нелинейности, низкую стоимость. Эти свойства интегрирующих АЦП определили их широкое применение для построения измерительных приборов и систем невысокого быстродействия (от одного измерения до нескольких тысяч в секунду), для которых в качестве основных выступают требования высокой точности и нечувствительность к помехам.

Рис. 4.4

Интегрирующий АЦП, как правило, состоит из двух преобразователей: преобразователя напряжения или тока в частоту или длительность импульсов и преобразователя частоты или длительности в код.