•Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) предназначены для преобразования аналоговых (непрерывных) сигналов в цифровую форму. Преобразование аналогового сигнала происходит в определенные моменты времени, которые называются точками отсчета.

•Уравнение преобразования аналого-цифрового преобразователя

•int[x] – функция определяющая целую часть числа Х;

•Х – текущее значение входного сигнала;

•Хmax – максимальное значение входного сигнала;

•N10 - выходной сигнал в десятичной системе счисления. Десятичное число в двоичной системе счисления записывается так:

•N10 aR 12R 1 aR 2 2R 2 ... a0 20

•где аi= 0,1. R – число разрядов двоичного кода (aR-1aR-2 a0), которым представляется десятичное число N10; (aR-1aR-2…a0) – двоичный код

десятичного числа N10;

X

• q 2k max1 – вес младшего разряда АЦП, минимальное изменение

напряжения на входе, которое приводит к изменению кода на выходе на единицу младшего разряда.

•Количество отсчетов за единицу времени определяет частоту дискретизации (преобразования), которая, в свою очередь, определяется быстродействием и условиями использования АЦП.

•Интервал времени между отсчетами Тотс и частота дискретизации fпр связаны соотношением: Тотс = 1/fпр.

•В устройствах, где требуется преобразовывать сигналы в масштабе реального времени, частота преобразования выбирается из условия достижения максимальной точности восстановления цифрового сигнала в аналоговую форму.

•Например, преобразование речевого сигнала в дискретную форму. При этом частота дискретизации определяется как fпр = 2Fмах, где Fмах - максимальная частота речевого сигнала.

•Для обеспечения преобразования без искажений требуется

выполнение условия: tпр Тотс где tпр - время преобразования АЦП одного отсчета.

По принципу дискретизации и структуре построения АЦП делятся на две группы:

•1-группа АЦП с применением ЦАП

АЦП последовательного счета (развёртывающего типа);АЦП последовательного приближения (поразрядного уравновешивания);Следящий АЦП.

• 2-группа АЦП без ЦАП

АЦП последовательного счета (развёртывающего типа);АЦП последовательного приближения (поразрядного уравновешивания);Следящий АЦП.

Аналого-цифровые преобразователи параллельного типа

Аналого-цифровые преобразователи параллельного типа состоят из компараторов, число которых равно числу уровней квантования. Такие АЦП наиболее быстродействующие и способны работать на частотах до 100МГц и выше.

Схема двухразрядного аналого-цифрового преобразователя параллельного типа:

С помощью одинаковых резисторов R1, R2, ..., RN создаются уровни квантования с шагом квантования, равным падению напряжения на одном резисторе. Шаг и уровни квантования зависят от величины опорного стабилизированного напряжения.

В настоящей схеме шаг квантования составляет 1В.

CD - приоритетный шифратор. Преобразует унитарный двоичный код в натуральный двоичный, т.е. на выходе формирует код, который соответствует старшему номеру сработавшего компаратора.

Аналоговый сигнал Ux поступает одновременно на все компараторы. При этом изменяют состояние лишь те компараторы, у кого Ux>Uвх

С помощью приоритетного шифратора на выходе формируется двоичный код номера старшего сработавшего компаратора.

Если Ux<1В, то ни один из компараторов не срабатывает. Работу АЦП можно описать таблицей

Так как результаты АЦ-преобразования записываются, как правило, в запоминающее устройство, существует вероятность получить полностью неверную величину. Решить эту проблему можно, например, с помощью устройства выборки-хранения (УВХ). Некоторые интегральные микросхемы (ИМС) параллельных АЦП, снабжаются сверхскоростными УВХ, имеющими время выборки порядка 0,1нс.

АЦП последовательного счёта

Время преобразования АЦП этого типа является переменным и определяется входным напряжением. Максимальное время преобразования соответствует максимальному входному напряжению и при разрядности двоичного счетчика R и частоте тактовых импульсов fтакт равно

tпр.макс=(2R-1)Т=(2R-1)/ fтакт.

Например, при N=10 и fтакт=1 МГц tпр.макс=1024 мкс, что обеспечивает максимальную частоту выборок порядка 1 кГц, Т – период импульсов генератора.

АЦП последовательного приближения.

АЦП двойного интегрирования (интегрирующий АЦП).

Рис. 7 АЦП двойного интегрирования

Способ двойного интегрирования позволяет хорошо подавлять сетевые помехи. На рис.7 приведена функциональная схема АЦП двойного интегрирования. Работа его заключается в следующем. Счетчик запускается от генератора тактовых импульсов в момент поступления на интегратор входного сигнала Uвх, из которого за время интегрирования делается выборка. За время выборки напряжение на выходе интегратора Uвых и увеличивается. В момент tи прямое интегрирование заканчивается, входной сигнал от интегратора отключается и к его суммирующей точке подключается эталонный резистор. От времени tи до моментов t1...t3 продолжается разряд конденсатора интегратора с постоянной скоростью. Интервалы времени от tи до нулевых отметок (t1...t3) пропорциональны уровню входного сигнала. Существенным преимуществом преобразователя является простота компенсации наводок сети промышленного питания.

•АЦП двойного интегрирования относится к наиболее медленно работающим преобразователям.

•Однако, высокая точность, низкий уровень шумов и низкая стоимость делают их незаменимыми для применения в щитовых приборах, мультиметрах, цифровых термометрах и т.п.

•Этому способствует также то, что результаты преобразования в интегрирующих АЦП часто представляются в десятичном коде или же в удобном виде для представления цифр десятичной системы счисления.

•АЦП с применением ГУН, получивших название преобразователей напряжение - частота, обладают средним временем преобразования и используются, преимущественно, в измерительных системах, например, в системах измерения скорости и торможения автомобилей, измерения ухода частоты несущей в системах связи, высокоточных накопителях информации, помехоустойчивых системах передачи данных, фильтрах и др.