Метод последовательного счета
Сущность метода заключается в последовательномво времени сравнении измеряемой величины с известной однородной мерой.
Процесс сравнения предполагает дискретное участие в нем меры xо в общем случае как в сторону увеличения текущего зна- чениямеры xk, так и всторону его уменьшения (рис. 5.1).
X
Xmax
х*
ζ
xо xk
Xmin
t
Рис. 5.1. Метод последовательного счета
При определении измеряемой величины x:
x [x min, x max] – границы диапазона xk.
При некотором числе п квантов х0 имеет место строгое равен- ство пх0 = xk или с некоторой погрешностью δ: пх0 + δ =х*, где х*
значение измеряемой величины. Если выбрать х0 равным еди- нице измерения х, то число п будет единичным кодом значения измеряемой величины.
Д о с т о и н с т в а метода – простота, малая статическая по- грешность. Н е д о с т а т к и – малое быстродействие.
Основные о б л а с т и п р и м е н е н и я метода – цифровые вольтметры постоянного тока и цифровые системы для работы с постоянным и медленно изменяющимися напряжениями.
Метод поразрядного уравновешивания
Описанный выше алгоритм АЦ-преобразования можно убыстрить, если оперировать с набором разновеликих квантов х0i. Процесс сравнения х* и хk происходит последовательно во вре- мени.
Здесь подключаются или отключаются от процесса сравнения кванты х0i, по эффективности равносильные некоторому набору изК элементарныхквантов х0.
Это позволяет классифицировать метод поразрядного уравно- вешивания как параллельно-последовательный (рис. 5.2).
xk
X
х*
X01
xk
X01
t
Рис. 5.2. Метод поразрядного уравновешивания
Множество значений квантов {x0i} может быть выбрано до- статочно произвольно, как и сам алгоритм их ввода в процессе сравнения. АЦ-преобразование позволяет получить существен- ный выигрыш по быстродействию (до 105-106 преобразований в секунду). Статическая погрешность мала, что позволяет реализо- вать разрешающую способность до 16 двоичных разрядов. Время преобразования здесь также зависит от входного сигнала, т.е. яв- ляется переменным.
Метод одновременного считывания
Здесь реализуется взаимооднозначное соответствие между множеством {x0i} квантов сравнения и ожидаемым множеством дискретных значений входной непрерывной величины х*. Дру-
гими словами, происходит одновременное сравнение измеряемой величины х* [xmin, xmax] с набором мер x0i, значения которых подобраны в соответствии с определенным правилом. Выходной
код образуется по номеру ближайшего значения x0i. Таким обра- зом, «одновременность» метода означает параллельность вклю- чения всех квантов x0i в процессе сравнения. Этот метод полно- стью параллельный (рис. 5.3). Он позволяет достигать частот преобразования 100 – 200 МГц.
X
X0i+2
х*
X0i+1
X0i
X02
X01
t
Рис. 5.3. Метод одновременного считывания
Точность метода и его разрешающая способность, т. е. объем множества мер {x0i}, сильно зависят от достигнутого уровня тех- нологии производства.
В последнее время получили распространение гибридные ме- тоды АЦ-преобразования на основе сочетаний методов считыва- ния и поразрядного уравновешивания.
Существуют и другие типы АЦП: логарифмические, адаптив- ные, дифференциальные, многофазной дискретизации, комбини- рованные.
Основную часть АЦП общего применения выполняют по ар- хитектуре последовательногоприближения,которая является наилучшей для построения многоразрядных АЦП со средним быстродействием. Статическая погрешность в данном случае
определяется используемым ЦАП и может быть очень малой, что дает возможность получить высокую разрешающую способность. Более скоростные АЦП используют архитектуру параллельно- последовательную, в частности, двухступенчатую, состоящую из двух параллельных АЦП, сумма разрядности которых равна тре- буемой. Такие АЦП используют устройства выборки-хранения (УВХ), поскольку необходимо поддерживать постоянным вход-
ное напряжение в течение всего процесса преобразования.
По отношению к АЦП различают интерфейсы:
АЦП с параллельным интерфейсом выходных данных;
АЦП с последовательным интерфейсом выходных данных;
последовательный интерфейс сигма-дельта АЦП.