АЦП с промежуточным преобразованием во временной интервал

Преобразователи данного типа называются также преобразователями времяимпульсного типа, так как в них преобразование производится поэтапно: сначала амплитуде входного сигнала ставится в соответствие пропорциональный ей временной интервал, а затем временной интервал преобразуется в код N_х.

Рассмотрим принцип работы такого АЦП с генератором линейного напряжения.

Рис. 124. АЦП последовательного счета с аналоговым интегратором

Рис. 125. Временные диаграммы работы АЦП

По сигналу «ПУСК» запускается ГЛН и устанавливается в «1» триггер «Т».

Генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛН) начинает формировать линейно-возрастающее напряжение U_э(t).

Сигнал «ПУСК» определяет начало временного интервала t_х. В момент равенства U_х(t)= U_э(t) управляющий сигнал с выхода компаратора «К» устанавливает триггер в «0», прекращая пропускание импульсов генератора опорной частоты (ГОЧ) через ключ на счетчик.

Таким образом, сигнал с выхода компаратора определяет конец формирования временного интервала t_х_i.

Из рисунка видно, что

(182)

где , скорость изменения U_э(t).

Отсюда, очевидно, должны выполняться соотношения:

(183)

где T – период линейной развертки ГЛН.

Если период следования импульсов ГОЧ t_г, то из (288) следует, что выходной код:

(184)

то есть пропорционально входному напряжению.

Время цикла преобразования рассматриваемого АЦП определяется максимальной величиной временного интервала.

(185)

где Т_всп – время установки схемы в исходное состояние.

Время t_г между импульсами ГОЧ должно быть не менее суммарного времени задержек сравнивающего устройства (компаратора) и цифровых элементов схемы.

Поэтому быстродействие АЦП данного типа не превышает нескольких тысяч преобразований, хотя известны интегральные АЦП на 10…12 разрядов с частотой ГОЧ 100…200 МГц и циклом преобразования до 40 мкс.

Для уменьшения динамических ошибок требуется включение на входе УВХ для фиксации входного напряжения на время цикла преобразования.

Точностьданного АЦП определяется линейностью генератора линейно-возрастающего напряжения, точностью компаратора, стабильностью ГОЧ.

Постоянство скорости изменения напряжения генератора пилы характеризуется коэффициентом нелинейности g.

(186)

При нелинейности рабочего участка пилы момент сравнения напряжения U_х и U_э смещается на величину Δt, что приводит к ошибке отсчета на величину

При микроэлектронном исполнении АЦП данного типа в качестве генератора пилы используются RC-интеграторы, выполненные на типовых ОУ:

Рис. 126. Схема интегратора

Нам известно, что ошибка данных интеграторов складывается из относительных ошибок резистора и конденсатора, ошибки ИОН, ошибок, вызванных дрейфом и конечностью коэффициента усиления ОУ.

Для типовых ОУ (153УД5, 140УД17) при Т=10 мкс суммарная относительная ошибка интегратора » 0,025 %, но зависит от температуры, что соответствует 11…12 двоичным разрядам.