Последовательно-параллельные АЦП - это компромисс между параллельными и последовательными АЦП, т. е. желание получить максимально возможное быстродействие при минимальных затратах и сложности.
На рисунке 7 показан для примера двухступенчатый АЦП. В многоступенчатых преобразователях процесс преобразования разделен в пространстве.
Рис. 7 - Двухступенчатый АЦП
Для примера на рисунке изображен двухступенчатый АЦП. АЦП1 (верхний) осуществляет "грубое" преобразование входного сигнала в старшие разряды. Сигналы с выхода первого АЦП поступают на выходной регистр и одновременно на вход быстродействующего ЦАП. Кружочек с плюсиком - это сумматор, но в данном случае вычитатель. Цифровой код преобразуется ЦАП в напряжение, которое вычитается из входного в этом самом кружочке с плюсиком. Разность напряжений преобразуется с помощью АЦП2 в коды младших разрядов. Регистр для упрощения можно выкинуть. В таких схемах ЦАП чаще всего выполняется по схеме суммирования токов с помощью дифференциальных переключателей, но могут быть построены по схеме суммирования напряжений.
Требования к точности АЦП1 выше, нежели ко второму. Оба АЦП параллельного типа. Допустим, и тот, и другой 4-х разрядные, в каждом используется по 16 компараторов. В итоге получается 8-ми разрядный АЦП всего на 32 компараторах, тогда как при построении по параллельной схеме понадобилось бы 28 - 1 = 255 шт. Быстродействие примерно раза в два хуже. Помимо этого бывают многотактные последовательно-параллельные и конвеерные АЦП. У них несколько иная структура. К примеру, многотактные преобразователи работают с различным шагом квантования, т. е. в преобразователе процесс преобразования разделен во времени. В один момент времени формируются старшие разряды, в другой момент времени шаг квантования уменьшается и формируются младшие разряды.
Большое распространение получил способ с использованием так называемого сигма-дельта модулятора. Про это будет отдельная глава.
Цифровой фильтр (ЦФ) - устройство, пропускающее, либо подавляющее заданные в цифровой форме сигналы в определенной полосе частот. В отличие от аналоговых фильтров, у которых входной сигнал изменяется непрерывно, в цифровых входной сигнал представляется в дискретной форме, т. е. принимает каждый раз новое значение через интервал дискретизации. Величина, обратная этому интервалу, - частота дискретизации, в большинстве практических случаев должна превышать полосу частот входного сигнала в 4...8 раз.
Преимущества ЦФ перед аналоговыми следующие:
стабильность характеристик, связанная с тем, что частота дискретизации задается кварцевыми генераторами;
простота перестройки частотной характеристики (обычно либо перестраивают частоту дискретизации, либо вводят новые значения каких-либо цифровых кодов);
возможность в одном устройстве выполнить сразу несколько ЦФ (либо с одинаковыми частотными характеристиками для многоканальных систем, либо даже с разными характеристиками - гребенки фильтров).
ЦФ можно использовать для высоккачественной обработки сигналов в устройствах звуковоспроизведения и магнитной записи, при синтезе и анализе речевых сигналов, в электронных музыкальных инструментах (ЭМИ) и т. д.
На рис. 1 показана схема простейшего ЦФ, состоящего из сумматора и устройства задержки во времени (которое можно реализовать на запоминающем устройстве). Если входной сигнал ЦФ - синусоидальный с частотой f, а задержка во времени составляет половину периода этого сигнала, то на сумматоре сигналы вычитаются и входной сигнал ЦФ равен нулю. То же самое будет, если задержка составит 1,5 периода, 2,5 периода и т. д. Если задержка будет равна нулю или целому числу периодов сигнала, то на сумматоре будет чистое суммирование, на выходе ЦФ амплитуда будет равна удвоенной входной амплитуде. На рис. 2 сплошной линией показана частотная характеристика простейшего ЦФ. Если вместо сумматора установить вычитатель, то образуется частотная характеристика, показанная на рис. 2 пунктирной линией.
В более общем случае ЦФ состоит из набора устройств задержки и сумматора, причем свдинутые во времени сигналы суммируются с различными коэффициентами передачи (весами) a0, a1, a2... (рис. 3). Говорят, что импульсная характеристика ЦФ состоит из набора свдинутых во времени отсчетов входного сигнала, а поскольку количество этих отсчетов определяется количеством устройств задержки, то импульсная характеристика ограничена во времени. Поэтому такие фильтры называют фильтрами с конечной импульсной характеристикой или КИХ-фильтрами.
