Основні принципи аналого-цифрового перетворення

Із загальних позицій проведемо класифікацію аналога-цифрових пере­творювачів (АЦП) за основними методами перетворення, а саме: паралель­ний або миттєвий, послідовного наближення і інтегрування.

Кожен з наведених типів АЦП характеризує відповідний тип аналого-цифрового перетворення і має свої можливості, які не перетинаються з мо­жливостями інших типів АЦП. Тобто кожен з них має свою область викори­стання, а саме: там, де необхідна мала швидкодія та вартість, в основному використовуються "інтегруючі АЦП", тоді коли при обробці відеосигналі" використовуються майже виключно "паралельні АЦП". Проміжне поло­ження займають "АЦП послідовного наближення". Але усі АЦП служать одній меті, а саме вони використовуються для співставлення аналогових джерел сигналів з цифровими системами обробки інформації.

Паралельний ацп

На рисунку 9.5 зображено схему АЦП з паралельним перетворенням, який має велику швидкодію, але складну будову та велику вартість.

Рисунок 9.5

Тут для кожного вихідного рівня (для кожного можливого вихідного рівня) використову­ється по одному компаратору (тобто для трьохрозрядного коду треба сім компара­торів), а на виході отримуємо загальний вихідний сигнал у вигляді двійкового коду шляхом відповідного декодування. Отже складність такого АЦП полягає у необхід­ності використання великої кількості ком­параторів, наприклад: для восьмирозрядного перетворювача необхідно використа­ти 28=256-1=255 компараторів, що визна­чає досить велику собівартість, а отже і вартість продукту.

Крім того в склад такого АЦП входить і подільник опорної напруга U_оп, який задає рівні, що подаються на один з входів кожного компаратора, а на другий вхід подається вхідна напруга U_вх. Якщо рі­вень вхідної напруги перевищує опорний рівень, то на виході компаратора отримуємо сигнал, який поступить на вхід перетворювача кодів CD.

Завдання перетворювача кодів - перетворити код Джонсона (практично кількість одиниць, що відповідає кількості компараторів на входах, які пе­реключитись в одиничний стан) в паралельний двійковий код розрядності її.

Балансний ацп

Схема балансного АЦП (рис. 9.6) є найбільш простою з послідовних АЦП, але має низьку точність і швидкодію.

Рисунок 9.6

Запуск виконується поданням імпульсу на вхід R лічильника в момент tз (рис. 9.6, б). Лічильник обнулюється і напруга на виході ЦАП приймає ну­льове значення. Якщо на прямому вході компаратора є сигнал значення якого відмінне від нуля починається процес аналого-цифрового перетво­рення.

Оскільки напруга на прямому вході більша чим на інверсному - на вихо­ді компаратора встановлюється логічна одиниця і відкриває логічний еле­мент "І". Імпульси сформовані тактовим генератором проходять на вхід лічильника і підраховуються ним. Із зростанням двійкового числа на вихо­дах лічильника збільшується напруга на виході ЦАП. Це зростання відбува­ється по східчастому закону. Коли напруга на виході ЦАП зрівнюється по амплітуді з U_вх - компаратор переключається в нульовий стан і закриває ЛЕ "І", що виконує в даній схемі роль ключа. Вихідний код знімається з ви­ходів лічильника.