24.1.2 Динамические параметры ацп

Возникновение динамических погрешностей связано с дискретизацией сигналов, изменяющихся во времени.

Максимальная частота преобразования – это наибольшая частота, при которой параметры АЦП не выходят за заданные пределы.

Время преобразования - это время, отсчитываемое от начала преобразования до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке.

Апертурное время – это время, в течение которого сохраняется неопределенность между значением кода и временем, к которому оно относится. Апертурное время в первом приближении можно считать временем преобразования.

24.2 Принципы построения ацп

Все типы применяемых АЦП можно разделить по признаку измеряемого значения напряжения на две большие группы: АЦП мгновенных значений напряжения и АЦП средних значений напряжения (интегрирующие АЦП),

АЦП мгновенных значений напряжения можно разделить на параллельные и последовательные, последние разделяются на АЦП последовательного счета и АЦП последовательного приближения.

24.2.1 Параллельные ацп

Структурная схема параллельного АЦП приведена на рисунке 24.4, она состоит из линейки резисторов, источника эталонного напряжения и линейки компараторов. Резисторы образуют многоуровневый делитель, напряжения на выходе которого растут от дои задают пороговые уровни компараторов. При подаче на инвертирующие входы компараторов входного сигналана выходе компараторов получим квантованный сигнал в унитарном коде, который с помощью приоритетного шифратора преобразуется в двоичный код или в двоично-десятичный.

Рисунок 24.4 - Структурная схема параллельного АЦП

Дискретизация происходит за счет подачи тактирующего сигнала на вход С, с приходом которого код появляется на выходе дешифратора. Время преобразования составляет период следования тактирующих импульсов. Тактирующие преобразователи являются самыми быстрыми и могут работать с частотой дискретизации свыше 100 МГц. Максимальная частота ограничена задержкой в срабатывании компараторов. Основной недостаток - большое количество резисторов и компараторов. Так, для реализации 12 – разрядного АЦП их потребуется по 4096 штук, это сказывается на геометрических размерах микросхемы. Кроме того, потребляемая ими мощность превышает несколько милливатт, что ограничивает их применение в аппаратуре с автономным питанием.

24.2.2 Последовательные ацп

АЦП последовательного счета, структурная схема рисунок 24.5, содержит ЦАП в цепи обратной связи. Напряжение с выхода ЦАП сравнивается с преобразуемым входным напряжением с помощью компаратора. Работа схемы начинается с приходом пускового импульса.

Рисунок 24.5 - Структурная схема АЦП последовательного счета

Импульсы от генератора тактовых импульсов (ГТИ) поступают на вход реверсивного счетчика. Если , то схема управления вырабатывает сигнал на суммирование входящих импульсов. В результате последовательного увеличения выходного кодаD счетчика, который управляет работой ЦАП, происходит последовательное ступенчатое увеличение напряжения ЦАП до тех пор, пока не выполнится условие , после чего схема управления установит сигнал на прекращение счета. Процесс преобразования показан на диаграмме работы АЦП последовательного счета (рисунок 24.6).

Рисунок 24.6 - Диаграмма работы АЦП последовательного счета

Из диаграммы видно, что время преобразования, определяемое количеством тактовых импульсов, зависит от уровня входного сигнала. При числе двоичных разрядов счетчика N и периоде генератора тактовых импульсов Т максимальное время преобразования составит

. (24.7)

Например, N=8, T=1мкс, то , такое низкое быстродействие является существенным недостатком.

АЦП последовательного приближения (рисунок 24.7) также построен по принципу компенсации входного напряжения за счет напряжения, создаваемого ЦАП.

Рисунок 24.7 - Структурная схема АЦП последовательного приближения

Код, подаваемый на ЦАП, формируется в параллельном регистре под управлением специальной схемы. Алгоритм работы иллюстрирует диаграмма работы АЦП последовательного приближения (рисунок 24.8).

Рисунок 24.8 - Диаграмма работы АЦП последовательного приближения

По сигналу «Пуск» генератор тактовых импульсов запускает схему управления, которая заносит в старший разряд регистра «1», что соответствует половине максимального значения кода. На выходе ЦАП формируется напряжение =/2. Это напряжение сравнивается с помощью компаратора с входным напряжением. Пусть>, тогда схема управления заносит «1» в следующим за старшим разряд, что соответствует увеличению кода 1/4. На выходе ЦАП формируется напряжение=3/4. В данном случае<и схема управления по сигналу компаратора сдвигает «1» вправо в меньший значащий разряд, что соответствует уменьшению кода в регистре на 1/8. На выходе ЦАП формируется напряжение=3/8. Таким образом, реализуется алгоритм половинного деления, до тех пор, пока напряжение=. Число шагов для достижения равенства, а, следовательно, и время преобразования зависит от числа тактов. Наибольшее число тактов будет в случае=, оно равно разрядности двоичного кодаN. Время преобразования в этом случае равно