5.7. Ацп с промежуточным преобразованием

5.7.1. Ацп с времяимпульсной модуляцией (ацп с вим)

В данном АЦП используется промежуточное преобразование входного аналогового сигнала в пропорциональный ему временной интервал, измеряемый с помощью импульсов эталонной частоты.

АЦП с ВИМ по принципу работы аналогичен АЦП с обратной связью с суммированием единичных приращений, но компенсирующие напряжения вырабатываются не ЦАП, а аналоговым генератором пилообразного напряжения (ГПН).

Схему АЦП с ВИМ обычно выполняют на операционном усилителе (ОУ), включенном по схеме интегратора со сбросом, компараторе, генераторе тактовых импульсов (G), RS-триггере и двух счётчиках (см. рис. 5.15).

Рис. 5.15. АЦП с ВИМ.

Рис. 5.16. Временная диаграмма работы АЦП с ВИМ.

Схема работает следующим образом (см. рис. 5.16). С генератора тактовых импульсов с частотой , импульсы поступают на счётчик СТ1, который формирует напряжение управления ключом интегратора ГПН, а также выдаёт управляющий импульс ИУ1, с приходом которого обнуляется счётчик СТ2 и запускается ГПН и запускается временной интервал наRS-триггере.

Счётчик СТ1 имеет на разряд больше, чем счётчик СТ2.

С выхода ГПИ (генератора пилообразного напряжения) вырабатывается линейно возрастающее напряжение , определяемое как

.

поступает на компаратор Кп, на инвертирующий вход которого подаётся . В момент равенствавырабатывается Кп положительный импульс ИУ2, который сбрасываетRS-триггер. Таким образом, на RS-триггере формируется интервал, определяемый выражением

.

, ,.

где – крутизна преобразования.

Интервал на схеме вентиляD3 заполняется импульсами тактовой частоты, которые подсчитываются в предварительно обнулённом счётчике СТ2

.

Из выражений для ивидно, что в зависимости отвремя преобразованияизменяется от 0 до.

Погрешности.

Статическая погрешность АЦП с ВИМ определяется погрешностью линейного напряжения на выходе интегратора, неточностью срабатывания компаратора и погрешностью измерения временного интервала.

Для уменьшения влияния погрешностей интегратора необходимо использовать ОУ с широкой полосой пропускания и малыми величинами и.

Конденсатор обратной связи должен быть выполнен на высококачественном диэлектрике (полистирол, фторопласт – малая абсорбция), так как он вносит основную погрешность в пилообразное напряжение (изменениеот температуры).

Погрешность измерения будет также зависеть от дрейфа генератора тактовой частоты. Однако для кварцевых генераторов дрейф частоты в широком диапазоне температур может не превышать .

Общая погрешность может быть записана

.

Наибольший вес имеет ошибка от , так как ТКС конденсатора составляет ≈50∙10^-6 ,TKР – ≈50∙10^-6 и в широком диапазоне температур () составляет ощутимую величину, то есть от +20 до -60 =, что составляет 0,4% номиналаR или C.

Уменьшения погрешности можно добиться использованием автоподстройки . Для этого в АЦП добавляется схема калибровки преобразователя, которая работает в промежутках между рабочими циклами, когда идёт съём информации со счётчика СТ2.

Для 533 серии можно иметь разрядов и время преобразованиядо 500 мкс.

Достоинство данного преобразователя – относительная простота.

Недостатком является то, что компаратор сравнивает мгновенные значения и. Поэтому наличие импульсных помех и шумов наснижает точность работы преобразователя.