Аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Основные характеристики и параметры.

АЦП — устройство преобразования аналогового сигнала в цифровую форму (цифровой код). Цифровой сигнал на выходе АЦП представляется в виде двоичного слова или последовательности импульсов, т.е. в форме совместной с шиной данных конкретной ЭВМ или микропроцессорной системы. Существует множество способов преобразования аналогового сигнала в цифровой код. Часто аналоговый сигнал преобразуется в промежуточную форму (длительность временного сигнала или частоту), что более доступно для измерения в цифровой форме. Далее промежуточная форма сравнивается с эталонной, в рассматриваемом случае это частота тактового генератора U_Т, число импульсов которого за измеряемый интервал времени t_к считает счетчик. Однако не во всех типах АЦП сигнал преобразуется в промежуточную форму, но во всех АЦП аналоговый сигнал сравнивается с эталонным (тактовым интервалом или стабилизированным напряжением).

Основными характеристиками АЦП являются:

- точность;

- время преобразования (быстродействие).

- динамический диапазон входного сигнала;

- входное сопротивление R_вх

- выходное сопротивление R_вых.

Точность определяется количеством разрядов выходного слова. 10 разрядные АЦП имеют относительную погрешность порядка 0,1 %, 12разрядные АЦП — 0,01 %. Время преобразования (быстродействие) это время, необходимое для получения выходного двоичного слова (кода), после подачи на вход измеряемого напряжения U_i. Время преобразования различных типов АЦП лежит в пределах от десятков долей до сотен микросекунд. Динамический диапазон входного сигнала определяется значениями минимального и максимального входного сигнала в соответствии с выражением:

,

где U_{вх max} соответствует максимальному значению входного кода АЦП,

U_{вх min} — уровень младшего разряда выходного кода.

Сопротивление АЦП со стороны входных и выходных зажимов (для каждого разряда) характеризуется значениями R_вх и R_вых соответственно.

6.3.1 АЦП на параллельных компараторах;

Схема АЦП на параллельных компараторах приведена на рис. 6.6.

Рис. 6.6. АЦП на параллельных компараторах

Для увеличения входного сопротивления АЦП и развязки компараторов от источника входного сигнала служит буферный усилитель, собранный на ОУПТ в режиме повторителя со 100% обратной связью. При этом имеет очень высокое R_вх и очень низкое R_вых.

Источники опорного напряжения получены с помощью делителей напряжения на прецизионных резисторах, использующие параметрический или электронный стабилизаторы напряжения, напряжение которых поступает на неинвертирующие входы компараторов ДА₁, ДА₂, ДА₃.

На инвертирующие входы компараторов подается входной сигнал с буферного усилителя. Если на входах компаратора:

U_вх > U_оп — на выходе компаратора формируется сигнал логической «1»;

U_вх < U_оп — на выходе компаратора формируется сигнал логического «0».

Для выходного сигнала U_вх=0,6U_оп на схеме указаны логические состояния линий и выходной код.

Состояния компараторов с помощью логических схем преобразуется в двоичный цифровой код, значение которых пропорционально входному сигналу (см. таблицу 6.1).

Таблица 6.1 – Состояние линий АЦП и его входного кода в зависимости от уровней входного сигнала.

Входные сигналы	A	B	C	D	b1	b2