5.6. Ацп без обратной связи конвейерного типа (на одноразрядных ацп-цап)

Принцип действия АЦПк (АЦП конвейерного типа) можно пояснить по следующей схеме (см. рис. 5.14).

Рис. 5.14. Схема АЦП конвейерного типа.

АЦПк содержит компараторов…,операционных усилителей…,ключей…,делителей напряжения.

Операционные усилители включены по дифференциальной схеме для двух сигналов с умножением разности сигналов на два.

Ключи в зависимости от значения разрядного коэффициента данного разряда подключают к инвертирующему входу ОУ: либо потенциал нуля (при), либо потенциал эталонного источникапри

Рассмотрим работу данной схемы.

На первый компаратор поступает измеряемое напряжение , где оно сравнивается с напряжением эталонного источника.

Если , то, иначе.

Если , то ключподает на инвертирующий входнапряжение, в противном случае – 0. В результате, на выходенапряжение выхода будет равно

.

Это напряжение подается на второй компаратор, где оно снова сравнивается с , т.е.

.

Если , то, иначе.

По результатам сравнения срабатывает ключ, в результате срабатывания на выходебудет напряжение

.

Аналогично рассмотренному работают последующие каскады, стремясь свести разность к нулю. В результате можно записать

.

После свертки получим

Отсюда

.

Инструментальная погрешность АЦП зависит в основном от погрешностей компараторов и усилителей. Для получения точного коэффициента усиления необходимо, чтобы сопротивление резистора, подключенного к инвертирующему входу ОУ, выполнялось с учетом сопротивления замкнутого ключаво всем температурном диапазоне АЦП.

У малоразрядных интегральных АЦП все элементы выполняются по монолитной технологии, включая резистивные делители.

Существующие ИС аналоговых ключей, ОУ и позволяют получить точность АЦП, соответствующую разрешающей способности.

При анализе быстродействия следует учитывать задержку на срабатывание компаратора, задержку включения ключей и граничную частоту ОУ.

Процесс распространения переключений – сложный.

Действительно, предположим .

Посмотрим, как пойдет в этом случае процесс.

сразу поступает на операционный усилитель и на его выходе начинает устанавливаться напряжение, которое стремится к . Но через момент времени, определяемый задержкойи, подается на инвертирующий входи усилитель стремится на выходе отработать уже разницу напряжений, а именно

Если задержка на ислишком велика, то усилитель успеет провести два переходных процесса. Если время задержки таково, что подаетсяв момент, когда усилитель достиг напряжения, то второго переходного процесса не будет, т.е. мы имеем в начальный момент форсировку ОУ.

Из сказанного следует, что в каждом конкретном случае следует составлять модель задержек для конкретных элементов и определять наихудшее входное напряжение, когда переходной процесс наидлиннейший.

Применение АЦП конвейерного типа позволяет:

- получить оптимальную последовательность поразрядной компенсации (алгоритм Шенона);

- на каждом шаге последовательного приближения затрачивать минимально необходимое время определяемого продолжительностью шага с точностью приближения;

- минимизировать объем логических узлов и схем и получить однородный элементный состав, что существенно для интегрального исполнения схемы;

- для получения однозначного кода, при изменяющемся входном напряжении, на входе АЦП устанавливается СВХ.

Рассмотренный АЦП является частным случаем последовательно-параллельных АЦП конвейерного типа, где в каждом каскаде применяется одноразрядный АЦП (компаратор ) и одноразрядный ЦАП (аналоговый ключ).