Состав схемы и назначение элементов.

RG - сдвиговый регистр (регистр последовательного приближения);

ЦАП – цифроаналоговый преобразователь;

К – аналоговый компаратор, сравнивает Uвх и выходное напряжение ЦАП;

RS - триггеры с раздельным запуском, образуют n – разрядный регистр числа, в котором формируется число, пропорциональное входному напряжению Uвх;

& - схемы логического умножения, образуют устройство управления УУ.

Физический процесс (работа АЦП).

Графики работы АЦП приведены на рисунке 6.1.11. Примем, что регистр числа шес-тиразрядный, опорное напряжение ЦАП равно 10 В (на схеме не указано), входное напряжение АЦП равно Uвх = 8,5 В. На рисунке 6.1.11 входное напряжение АЦП обозначено штриховой линией, напряжение с выхода ЦАП U_ЭТ представлено ступен-чатой сплошной линией, а состояние регистра числа – шестиразрядным кодом. Тактовые импульсы подаются с периодом Т_G, не меньшим времени установления ЦАП Т_G ≥t _{УСТ ЦАП}.Это время (3-5 мкс) обусловлено наличием в схеме ЦАП паразитных емкостей, время заряда которых и есть время установления ЦАП.

В исходном состоянии регистр числа обнулён, находится в состоянии 000 000 и

выходное напряжение ЦАП равно нулю. По первому тактовому импульсу ТИ в

момент Т_G n-ный RS – триггер регистра числа (триггер старшего разряда) устанав-

ливается в состояние «1», регистр числа устанавливается в состояние 100 000, а ЦАП вырабатывает напряжение U_ЭТ = 5 В.

Рисунок 6.1.11 – Графики работы шестиразрядного АЦП

с последовательным приближение

Поскольку уровень входного напряжения не достигнут (Uвх=8,5 В), компаратор К формирует «0» и в следующий разряд регистра числа в момент 2Т_G устройством управления заносится «1» при сохранении «1» в старшем разряде. При этом на выхо-де ЦАП во втором такте появляется приращение ∆Uэт, равное 2,5 В, и суммарное напряжение увеличивается до Uэт=7,5 В.

Однако и во втором такте Uэт < Uвх, поэтому в третьем такте компаратор опять формирует на своём выходе «0», а в следующий разряд регистра также записывается «1». При этом Uэт получит приращение ∆Uэт = 1,25 В и станет равным 8,75 В, т.е. превысит входное. В этом случае на выходе компаратора устанавливается «1» и УУ (устройство управления) вырабатывает управляющие сигналы, при которых следующий разряд регистра устанавливается в «0».

С приходом четвертого тактового импульса «1» записывается в следующий разряд регистра, т.е. в регистре будет записана комбинация 110100. При этом на выходе ЦАП Uэтполучит приращение ∆Uэт=0,625 В и станет равным 8,125 В.

В пятом такте сравнения ∆Uэт=0,312 В, а U эт=8,437 В. Поэтому в регистре также запишется «1».

В шестом такте ∆Uэт=0,156 В, поэтому Uэт=8,593В. В младший разряд регистра числа будет записана «1», т.к. n = 6, хотя Uэт > Uвх.

Таким образом, спустя шесть тактов на выходе АЦП установится выходной код, эквивалентный входному напряжению Uвх– в нашем примере код 110111.

Быстродействие АЦП последовательного приближения определяется временем, затраченным на ппроб. При этом длительность цикла преобразования

Т_{ПР АЦП} = n × t _{УСТ ЦАП},

где n- число разрядов регистра и ЦАП;

t _{УСТ ЦАП} - время установления ЦАП.

Следовательно, 10 – разрядный АЦП, построенный с использованием ЦАП, время установления которого t _{УСТ ЦАП} = 3 ÷ 5 мкс будет иметь Т_{ПР АЦП} =30 ÷ 50 мкс, т.е. может работать с тактовой частотой 20 - 30 кГц.

Время преобразования АЦП последовательного приближения в (2^п)/ п раз меньше, чем у АЦП следящего типа.

33) АЦП следящего типа

АЦП следящего типа (см. рисунок 6.1.5) содержит генератор импульсной последо-вательности ГИП, реверсивный счётчик СЧ, ЦАП и аналоговый компаратор К.

Рисунок 6.1.5 – Структурная схема АЦП следящего типа

При U_ВХ ≥ U_ОС компаратор выдаёт сигнал «1», счётчик работает в режиме суммирова-ния, код на его выходе увеличивается и увеличивается напряжение U_ОС. При равенстве U_ВХ = U_ОС фиксируется результат преобразования. При U_ВХ < U_ОС компаратор выдаёт

сигнал «0», счётчик работает в режиме вычитания, код на его выходе уменьшается и уменьшается U_ОС. Результат преобразования выдаётся через несколько тактов ГИП

при равенстве U_ВХ = U_ОС.

Таким образом, благодаря компаратору, определяющему направление счёта, АЦП «следит» за изменениями входного напряжения. При высокой скорости изменения входного напряжения режим слежения нарушается.