Аналого- цифровые преобразователи поразрядного кодирования

Поразрядное взвешивание является наиболее распространенным методом аналого-цифрового преобразования.

Эти АЦП имеют достаточную скорость (для n-разрядного требуется n тактов) и не так .много оборудования. То есть в сравнении с быстродействующими (параллельными АЦП) и точными, но медленными (двухтактными интегрирующими АЦП) они как бы занимают промежуточное положение.

Рис. 134. Структурная схема и временные диаграммы работы АЦП

В данном преобразователе для формирования эталонных уровней напряжения используется ЦАП. В данном АЦП кодирование входного напряжения осуществляется путем последовательного сравнения его с суммой эталонных напряжений, формируемых ЦАП. Процесс кодирования похож на подбор гирь при взвешивании на весах, поэтому АЦП данного типа называют преобразователями взвешивания или АЦП последовательных приближений.

Преобразователь состоит из источника опорного напряжения (ИОН), генератора тактовых импульсов (ГОЧ), ЦАП, компаратора и регистра последовательных приближений. Регистр последовательных приближений (РПП) состоит из регистра хранения, регистра сдвига и схемы управления. В качестве РПП могут использоваться серийные микросхемы К155ИР7 на 12 разрядов или К564ИР13.

Преобразование начинается с установки в «1» в старшем разряде регистра хранения и «0» во все остальные. ЦАП преобразует старший разряд в аналоговое напряжение, равное или половине полной шкалы U_оп.

Компаратор сравнивает выход ЦАП с аналоговым входным сигналом. Если входное напряжение больше, чем выходное ЦАП, то в ячейке старшего разряда сохраняется «1», в противном случае в этом разряде устанавливается «0».

Регистр сдвига в начале следующего такта сдвигает «1» в следующий младший разряд. Выходное напряжение ЦАП при этом ( ).

Если выходное напряжение ЦАП при этом меньше, чем U_вх, то в следующем разряде установится «1», в нашем примере U_вх < U_ЦАП, поэтому во втором разряде установится «0». Процесс продолжается до тех пор, пока не будут проверены все разряды.

Поэтому полное время преобразования n-разрядного АЦП пропорционально n тактам взвешивания. Кроме того, на считывание кода и подготовку к следующему циклу затрачивается еще один такт преобразования.

При реализации АЦП в интегральном исполнении длительность такта t_гоч < 1 мкс.

Статическая ошибка АЦП определяется в основном точностью используемого ЦАП и компаратора.

При этом стандартным требованием по точности является следующее: ошибки, вносимые за счет погрешностей используемых элементов, не должны превышать половины младшего разряда кода, откуда можно и определить требования к погрешности регистров и ключей ЦАП, стабильности ИОН и чувствительности компаратора.

Так для 10-ти разрядного АЦП с U_max = 10 В, можно найти, что относительные погрешности РМ и ИОН должны быть , а чувствительность компаратора мВ. В противном случае младшие разряды кода будут не достоверны.

В случае, если за время преобразования входной сигнал может измениться более чем на половину младшего разряда, на вход АЦП необходимо включить устройство выборки и запоминания, иначе в преобразователе устанавливается такое напряжение на выходе ЦАП, которое не уравновешивает входной сигнал.№№

Преобразователи взвешивания могут обеспечивать точность до 0,005%, что соответствует 14 ¸ 15 двоичным разрядам кода, при времени преобразования – единицы микросекунд.

Контрольные вопросы

1. Преимущества и особенности применения преобразователей слежения.

2. АЦП параллельного действия.

3. Принцип работы и особенности АЦП поразрядного кодирования.

Лекция №18. Теоретические основы аналоговой и гибридной вычислительной техники

План лекции

1. Сущность моделирования. Системы аналогий. Критерии подобия.

2. Масштабы и масштабные уравнения.

3. Примеры использования масштабных уравнений.

4. Пример моделирования дифференциального уравнения второго порядка.