Принципы построения АЦП

АЦП мгновенных значений напряжения можно разделить следующие основные виды: последовательного счета, последовательного приближения, параллельные, последовательно-параллельные, с промежуточным преобразованием в интервале времени.

АЦП средних значений напряжения можно разделить на следующие основные виды: с время-импульсным преобразованием, с частотно-импульсным преобразованием, со статическим усреднением.

Схемы АЦП мгновенных значений напряжения.

Параллельный АЦП.

К достоинствам такого АЦП можно отнести быстродействие, одноко при этом схема выходит громоздкой. (рис. 5.7.)

Рис.7.7. Схема паралельного АЦП.

Значительно меньшая аппаратная часть у АЦП последовательного типу.

Такие АЦП могут быти последовательного счету, структурная схема рис.5.8., там же даны графики процесса преобразования. Эта схема имеет компаратор, который сравнивает напряжение входа и напряжение обратной связи На прямой вход компаратора поступает входной сигнал U_вх, а на иинвертующий U₅ – напряжение обратной связи. Работа преобразователя начинается с приходом иімпульса «Пуск» от схемы упраления, ключ S. Через замкнутый ключ импульсы U₁ от генератора тактовых импульсов подается на счетчик, который управляет работою ЦАП. В результате последовательного увеличения выходного кода счетчика N будет последовательно ступенчатео увеличение виходного напряжения U₅.

Когда выходное напряжение ЦАП будет равно входному напряжению, пройдет переключение компаратора и разомкнется ключ S. В результате чого импульсы от генератора перестанут приходить на вход счетчика. Выходной код U_вх= U₅, знимается с выходного реги стра счетчика. Из графиков можна увидеть,что период преобразования зависит от уровня входного сигнала. При числе двоичных разрядов n, и периода следования счетных импульсов Т максимальное время преобразования: Т_пр=(2¹⁰-1)Т.

Например n=10 розрядов и Т=1мкс, максимальное время преобразования будет Т_пр=(2¹⁰-1) =1024мкс., что обеспечивает максимальную частоту преобразования около 1кГц.

Рис.5.8. АЦП послідовного счету

АЦП последовательного приближенния. Структурная схема такого АЦП приведена на рис. 5.9.а.

В сравнении с предыдущей схемою в ней есть одно изменение – вместо счетчика

уставовлен регистр последовательного приближенния (РПН). Это изменило алгоритм урвновешивания и сократило время преобразования. В основе работы АЦП с РПП лежит принцип дихотомии, тоесть последовательное сравнение преобразуемого напряжения послідовне порівняння перетворювальної напруги U_вх с 1/2, 1/4, 1/8.д. возможного максимального U_m. Это позволяет для n разрядного АЦП выполнить весь процесс преобразования за n последовательных шагов приближения вместо (2ⁿ⁺¹) как в предыдущем случае. Это дает выигрыш в скорости действия.

Графики процесса преобразования приведены на рис. 5.9.б

На рис.7.9.в. навприведена диаграмма переходов для 3-х разрядного АЦП последовательного приближенния. Посколькунакаждом шаге находится значение одного разряда, начиння состаршего, то такой АЦП часто называют АЦП поразрядного уравновешивания. При первом сравнении определяется – больше или меньшее напряжение U_вх, чем U_m/2. На следующем шаге определяется в какой четверти диапазона находится U_вх. Каждый послідующий шаг вдвое сужает область возможного результата. При каждом шаге сравнения компаратор формирует импульсы, соответствующиесостоянию «больше -меньше» (0-1) управляющие регистром последовательного приближения..

Рис..5.9. АЦП последовательного приближения