35. Каскадирование параллельных ацп для увеличения числа разрядов или быстродействия. Особенности построения.

В ЦИУ уравновешивающего (компенсационного) преобразования (далее ЦИУ УП) входная вел-на х уравнов-ся аналог-м эквив-ом у. Здесь присутствует общая ООС между входом и выходом уст-ва, т.е. входная вел-на х уравновешивается выходной вел-ой у.

Ц епь ОС принципиально должна включать ЦАП, элемент сравневния (как правило, компаратор). Если считать, что компаратор и ЦАП идеальны, то погрешность измерения в данной структуре равна погр-ти дискретизации, которая принципиально неустранима. То есть в данной структуре погр-ти аналог-х преоб-лей и АЦП исключаются (компенсационная схема). ЦАП и компараторы наиболее точные устройства ЦИП.

ЦИУ УП делятся на два больших класса:

1) ЦИУ последовательного во времени уравновешивания

2) ЦИУ ║-последовательного во времени уравновешивания

Кроме того, оба класса ЦИУ делятся на группы по тому, как происходит развитие процесса уравновешивания во времени:

- развертывающее уравновешивание (далее РУ)

- следящее уравновешивание (далее СУ)

ЦИУ РУ можно разбить на группы по алгоритму урав-ия:

- ЦИУ 1-ого приближения – урав-щая величина изменяется на ЕМР.

- ЦИУ поразрядного уравновешивания – уравновешивание происходит поразрядно, начиная обычно со старшего (наименее точного) разряда или идет одновременно во всех разрядах.

Способ развертывающего уравновешивания хар-ся выполнением необходимых операций сравнения входной вел-ны X и компенсирующей её Y по жесткой, заранее заданной программе, причем знач-ие Y меняется от 0 до Y_max = X_max , независимо от вел-ны X. Отсчет вел-ны X осущес-ся в момент равенства с заданной погр-ю велн X и Y. И этот процесс повторяется периодически. Изменение компенсирующей вел-ны Y может производиться линейно или по заданному закону равномерными мин. ступенями(1-ое приближение)

Упрощенная структура ЦИУ РУ имеет вид (рис.2.1):1-ГТИ;2-Счетчик по модулю M; 3-ЦАП;4-компаратор;5- Регистр хранения

В ходная вел-на Х подается на компаратор 4. На его другой вход подается с ЦАП 3 компенсирующая вел-на Y.Которая формируется с помощью счетчика 2 и ГТИ 1. Изменение Y происходит ступенями равными h ЦАП. При выполнение X≤Y компаратор перебрасывается и в регистр записывается информация со счетчика. При достижении числа М на выходе счетчика он сбрасывается и начинается новый цикл преоб-ия.

t_пр.=m* t_такт,+ t_зд. m – число ступеней квантования.

С пособ следящего уравновешивания.

При СУ измеряемая вел-на U_вх. срав-ся с компен-щей вел-ной, вырабат-мой ЦАП U_ЦАП. При выпол-ии равенства U_ВХ = U_ЦАП процесс уравновешивания прекращается и производится отсчет. Далее U_ЦАП непрерывно следит за U_ВХ = Х. Структура такого ЦИУ аналогична ЦИУ развертывающего преобразования, однако счетчик делается реверсивным (считает, как на увеличение, так и на уменьшение), а выходной сигнал компаратора в виде перепада (из «1» в «0») управляет направлением счета.

Графически процесс уравн-ния можно представить как (рис. 2.2):

Для ускорения процесса уравновешивания иногда частоту генератора счетных импульсов делают f_T делают переменной: до первого равенства – пересечения Х≈Y частота низкая и ступеньки большие, после пересечения Х≈Y частота ступенчато увеличивается и шаг квантования становится меньше. Физически это означает смену числа разрядов и реализовать такое ЦИУ сложнее.

ЦИУ следящего уравновешивания имеют меньшую динамическую погрешность, т.к. изменение текущего значения Х отрабатывается немедленно, а в развертывающем уравновешивании истинное значение Х определяется только на следующем цикле измерения. В следящих ЦИУ происходит значительная экономия энергии (когда входная величина не меняется, т.е. в режиме «ожидания»). Однако следящее уравновешивание имеет и недостатки: 1) не дает координаты времени, так как в состоянии ожидания АЦП может находится сколь угодно долго (устраняют введением дополнительного генератора циклов отсчета), 2) возможность возникновения режима автоколебаний (для его исключения искусственно вводят зону нечувствительности, так чтобы разрешающая способность была больше ЦИУ (хуже), половины цены деления (например, шага квантования ) – реализуется смещением пороговых уровней компаратора (на половину шага квантования)).