5.8.1. Шумообразующий - модулятор (ацп со сбалансированными зарядом и разрядом)

Преобразователь со сбалансированными зарядом и разрядом интегрирующего конденсатора, является интегрирующим, прост по исполнению и имеет менее жёсткие требования к элементам.

Схема преобразователя и временная диаграмма работы представлены на рис. 5.28.

В преобразователе со сбалансированным зарядом и разрядом период заряда током не фиксируется и продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора ни достигнет порогового значение; затем подключается источник эталонного токаи конденсатор интегратора разряжается током, пока напряжение на выходе интегратора не станет равным.

Рис. 5.28 Схема и временная диаграмма

АЦП со сбалансированным зарядом и разрядом.

Преобразователь со сбалансированным зарядом и разрядом получил такое название потому, что результирующий заряд, поступающий в интегрирующую схему за один цикл интегрирования, равен нулю.Преобразователь, работающий только на положительное входное напряжение, работает по следующему принципу:

1. Первоначально переключатель тока разомкнут, и на интегратор поступает только входное напряжение (или входной ток). Поскольку интегратор содержит инвертирующий усилитель, выходное напряжениепредставляет собой линейно изменяющееся напряжение с отрицательной крутизной, пропорциональной.

2. Когда выходное напряжение достигнет уровня срабатывания детектора , выходной сигнал детектора станет равным логической «1». В результате этого открывается вентильная схема, позволяющая счётчику начать накопление тактовых импульсов. Кроме того, начиная со следующего импульса, блок управления замыкает переключатель тока, что приводит к тому, что из входного тока вычитается постоянный опорный ток эталонного источника. Разностный ток, как и прежде воздействует на схему интегратора.

Опорный ток выбирается таким, чтобы он превосходил по величине входной ток для всех допустимых входных напряжений ,.

В результате вычитания опорного тока из входного изменяется полярность результирующего тока, поступающего на вход интегратора, а крутизна линейно-изменяющегося выходного напряжения становится положительной.

В течение этой части цикла тактовые импульсы поступают на вход счётчика.

3. Когда выходное напряжение достигнет уровнядетектора, выходной сигнал детектора станет равен логическому «0». Следующий тактовый импульс разомкнёт переключатель тока и закроет вентильную схему, управляющую поступлением на счётчик тактовых импульсов.

4. Поскольку этот преобразователь работает по принципу баланса зарядов, то заряд удалённый из интегратора в период между и, должен равняться заряду, поступившему между моментамии:

,

.

Уравнение баланса – .

Подставим в него значения полученных зарядов:

,

,

.

В течении в счётчике зафиксирован код.

Пусть за время преобразования

.

Количество импульсов, зафиксированных за будет. Тогда:

,

,

.

Нормированный к единице код будет равен

.

Для того, чтобы за укладывалось целое число периодовсхему изменяют так, чтобы один из переходов напряжения интегратора происходил за 1 импульс тактовой частоты, для этого опорные напряжения компараторов стягивают в одну точку с нулевым потенциалом.

Из полученных выражений видно, что входной ток линейно связан с кодом на выходе преобразователя. Преобразователь представляет собой несинхронную систему и этот процесс будет повторяться до окончания периода преобразования .