5.1.2. Ацп с промежуточным преобразованием во временной интервал

Работа АЦП основана на промежуточном преобразовании измеряемого напряжения в пропорциональный ему временной интервал для каждого отсчета и на последующем измерении длительности временного интервала путем его сравнения с длительностью эталонного интервала.

Схема рассматриваемого АЦП приведена на рис. 5.2а, временная диаграмма его работы – на рис. 5.2,б.

а б

Рис. 5.2 АЦП с промежуточным преобразованием во временной интервал

По сигналу тактового импульса, определяющего момент начала очередного отсчета, напряжение на выходе генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) устанавливается в нулевой уровень, и генератор начинает формировать линейно увеличивающее напряжение. При этом счетчик Ст переводится в нулевое состояние (импульс, поступивший на вход R, установит на всех его выходах нулевой уровень), а триггер Т – в единичное. Высокое напряжение с выхода триггера открывает ключ на элементе И и импульсы с генератора импульсной последовательности (ГИП) проходят через ключ на вход счетчика. При этом начинается формирование временного интервала пропорционального входному напряжению. Счетчик начинает считать поступающие импульсы, вырабатываемые стабильным генератором импульсной последовательности. Период импульсной последовательности определяет шаг квантования. Период импульсов ГИП соответствует увеличению напряжения на выходе ГЛИН на один уровень квантования (шагу квантования). Выходное напряжение ГЛИН и входное напряжение поступают на аналоговый компаратор.

Когда напряжение на выходе ГЛИН сравнивается с входным (преобразуемым), на выходе компаратора появляется высокое напряжение, которое поступает на вход R триггера и переводит его в нулевое состояние. Ключ закрывается, импульсы на счетчик перестают поступать. Таким образом, только в течение полученного интервала времени счетчик считает импульсы, число которых будет пропорционально длительности отмеренного интервала времени и, следовательно, входному напряжению.

Записанное в счетчике число соответствует числу уровней квантования входного напряжения в рассматриваемый момент отсчета.

Для получения отсчета в следующей точке подается новый импульс запуска (тактовый сигнал). Тактовый сигнал определяет частоту дискретизации. Его частота не может быть ниже частоты 2F_В, определенной по теореме Котельникова.

Максимальная частота определяется временем преобразования (максимальным временем, в течение которого преобразуется в код наибольшее значение входного напряжения t_прмах). Время преобразования t_прмах наибольшего значения входного напряжения не может быть больше времени между двумя отсчетами, равного периоду следования импульсов тактового генератора:

t_прмах < T_такт < .

За это время необходимо подсчитать импульсы, число которых N_max равно наибольшему количеству уровней квантования преобразуемого напряжения:

N_max = = t_прмах^.F_гип < T_такт^.F_гип .

Отсюда определится частота генератора импульсной последовательности:

F_гип = > .

При частоте импульсов ГИП F_гип за время преобразования t_пр на счетчик поступит (t_пр^.F_гип) импульсов, что и определяет требуемую емкость счетчика. Отсюда число разрядов счетчика n определяется из соотношения: N_мах = t_прмах^.F_гип < 2ⁿ.

Необходимость промежуточного преобразования напряжения во временной интервал повышает погрешность преобразования, связанную с нелинейностью работы ГЛИН и компаратора.