Исследование аналого-цифровых преобразователей с параллельным преобразованием

Схема АЦП с параллельным преобразованием представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема АЦП с параллельным преобразованием.

В АЦП параллельным преобразованием входной аналоговый сигнал Uo подается на входы всех компараторов и сравнивается с набором опорных напряжений, полученных в резисторном делителе и поданных на вторые входы компараторов. На выходе тех компараторов, на которых входное напряжение Uo меньше опорного, будет сигнал лог. "0". На выходах остальных компараторов будет сигнал лог. "1". Таким образом, в АЦП с параллельным преобразованием сигналом о том, что уровень входного аналогового напряжения лежит в одном из интервалов квантования, является переход от лог. "1" к лог. "0" на выходах пары соседних компараторов.

АЦП с параллельным преобразованием реализует метод непосредственного считывания и является самым быстродействующим. Быстродействие АЦП определяется в основном быстродействием компараторов и может составлять десятки наносекунд. Недостаток АЦП с параллельным преобразованием – аппаратная сложность, так как число компараторов равно 2ⁿ, где n – разрядность АЦП.

На выходе АЦП с параллельным преобразованием устанавливают шифратор, преобразующий сигнал в обычный двоичный код. Начальная часть одного из вариантов такого шифратора показана на рис. 3. Выходы каждой пары компараторов подключены к логическим элементам "И", при этом один выход подключен через инвертор. Поэтому открывается только один логический элемент "И", подключенный к выходам компараторов с сигналами лог. "1" и лог. "0", и на одном из выходов АЦП 0, 1, … 7 появится лог. 1. Дальнейшее преобразование проводится в обычном шифраторе.

Развитие схемотехники АЦП привело к созданию ряда промежуточных решений, обладающих меньшей сложностью, чем АЦП с параллельным преобразованием, но быстродействием, лучшим, чем у АЦП с последовательным преобразованием. Это, в частности, АЦП с регистром последовательных приближений, АЦП с двухтактным преобразованием и АЦП с двойным интегрированием аналогового сигнала.

Применение АЦП в различных областях привело к созданию трех обособленных групп, отвечающих различным техническим требованиям. Первая группа – сверхбыстродействующие, но не очень точные АЦП с малым числом двоичных разрядов. Вторая группа – АЦП среднего быстродействия и средней точности. Третья группа – медленные прецизионные АЦП с большим числом двоичных разрядов.

1.3.1. Исследование АЦП с параллельным преобразованием средствами САПР.

Схема экспериментального исследования АЦП с параллельным преобразованием представлена на рис.4.

Рис. 4. Схема экспериментального исследования АЦП с параллельным преобразованием.

Напряжение на вход АЦП подается с переменного резистора, управляемого клавишами R и Shift – R. Положение движка потенциометра в процентах показывается рядом с его изображением. Напряжение на входе АЦП показывает нижний вольтметр. Линейка вольтметров слева на схеме показывает уровни опорного напряжения на входах компараторов, другими словами, уровни квантования входного сигнала. Логические пробники подключены к выходам компараторов и выходам логических элементов "И".

1. В новом файле соберите схему рис. 4, задавая параметры элементов схемы. Сохраните файл под именем Z22_02.ewb.

2. Запустите процесс моделирования при помощи выключателя в правом верхнем углу экрана.

а) Определение минимального шага изменения входного напряжения.