Приложение а
(обязательное)
Структурная схема АЦП.
1 – Входной повторитель,
2 – Фильтр низких частот,
3 – Схема выбора пределов,
4 – Масштабирующий усилитель,
5 – Схема определения знака,
6 – Схема выделения абсолютного значения сигнала,
7 – Устройство выборки-хранения,
8 – Регистр последовательного приближения,
9 – Цифро-аналоговый преобразователь,
10 – Устройство сравнения,
11 – Внутренний генератор,
12 – Блок управления- синхронизации,
13 – Защёлка выходного кода.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б.
(обязательное)
Временные диаграммы работы АЦП.
Введение.
АЦП служат для преобразования исходной аналоговой величины в соответствующий ей цифровой эквивалент – код, являющейся выходной величиной преобразователя. Таким образом, АЦП обеспечивает квантование входной величины,как по уровню, так и по времени.
Последовательный АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением. Этот преобразователь является типичным примером последовательных АЦП с единичными приближениями и состоит из счетчика, ЦАП и компаратора. На один вход компаратора поступает входной сигнал, а на другой сигнал обратной связи с ЦАП. Работа преобразователя начинается с прихода импульса запуска, который включает накопительный счетчик. Выходной код последним подается на ЦАП, осуществляющий его преобразование в напряжение обратной связи. процесс преобразования продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи не сравняется с входными напряжениями и сработает компаратор, который своим выходным сигналом прекратит поступление счетных импульсов на счетчик и осуществит считывание с него выходного кода, представляющего цифровой эквивалент входного напряжения в момент окончания преобразования.
Время преобразования АЦП этого типа является переменным и определяется входным напряжением. Его максимальное значение соответствует максимальному входному напряжению.
Особенностями последовательных АЦП с единичными приближениями являются небольшие частоты дискретизации, достигающие несколько кГц и малые статические погрешности. Достоинством АЦП данного класса является сравнительная простота построения, определяемая последовательным характером выполнения процесса преобразования. Их основные области применения- цифровые вольтметры постоянного тока и цифровые системы, предназначенные для работы с постоянными и медленно меняющимися напряжениями.
АЦП последовательных приближений. Преобразователь этого типа является наиболее распространенным вариантом последовательных АЦП с двоично-взвешенными приближениями.
В основе работы этого класса преобразователей лежит принцип дихотомии, т.е. последовательного сравнения измеряемой величины с 1/2, 1/4,1/8 и т.д. от возможного максимального её значения. Это позволяет для m-разрядного АЦП выполнить весь процесс преобразования за m последовательных шагов приближения (итераций) вместо 2m –1 при использовании единичных приближений и получить существенный выигрыш в быстродействии. В то же время статическая погрешность этого типа преобразователей, определяемая в основном используемым в нем ЦАП, может быть очень малой, что позволяет реализовать разрешающую способность до 16 двоичных разрядов.
Параллельные АЦП.Преобразователи этого типа осуществляют одновременно квантование сигнала с помощью набора компараторов, включенных параллельно источнику сигнала. Пороговые уровни компараторов установлены с помощью резистивного делителя в соответствии с используемой шкалой квантования. При подаче на такой набор компараторов исходного сигнала на выходах последних будет иметь место проквантованный сигнал, представленный в унитарном коде. Для преобразования этого кода в двоичный используютсялогические схемы, называемые обычно «кодирующей логикой».
Такая чрезвычайная простая структура параллельных АЦП делает их самыми быстрымииз известных преобразователей и позволяет достигать частот преобразования 100...200 МГц. Однако их объемприблизительно удваивается с каждым новым разрядом, что в общем ограничивает их число. Обычно оно не превышает 6...8.
Динамические погрешности при работе без устройства выборки и запоминания определяются в первом приближении временем преобразования входного сигнала в унитарный код.
Последовательно-параллельные АЦП.Этот класс преобразователей позволяет в значительной мере уменьшить объем параллельных преобразователей и увеличить быстродействие последовательных. Например, в 6-разрядном АЦП этого типа используются два 3-разрядных параллельных АЦП. Первый из них вырабатывает 3 старших разряда выходного кода. Эти же 3 разряда поступают на вход 3-разрядного ЦАП. Выходной сигнал последнего подается на один вход устройства вычитания, на другой его вход подается входной сигнал. Разность сигналов с устройства вычитания поступает на второй 3-разрядный АЦП, вырабатывающий три младших разряда 6-разрядного выходного кода.
Статическая погрешность АЦП такого типа может достигать значения, соответствующего разрешающей способности(8...12)-разрядных АЦП, частота преобразования 10...20 МГц.