Лекция 9 Базовые функцианальные блоки схем смешанного сигнала.
9.1. Компараторы.
Рис. 9.1.
Рис. 9.2.
Рис. 9.3.
Лекция 10. Ацп. Последовательные ацп. Ацп последовательного приближения.
В настоящее время существует много различных аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), но их всех можно разделить на три катеригории, основывающихся на архитектуре и функциях АЦП. Это АЦП с высоким разрешением (последовательные), высокоскоростные (параллельные) АЦП и комбинированные АЦП. АЦП с высоким разрешением в основном строятся на последовательных элементах и в большинстве случаев вычисляют один бит за такт. Высокоскоростные, т.н. параллельные АЦП позволяют вычислять все биты одновременно. Современные АЦП выполненные по биполярной технологии могут иметь частоту выборки до 2GS/s с разрешением в 6 бит и дифференциальной нелинейностью в +/- 0.25 LSD. Их расход энергии несколько выше чем 2.0 Вт при напряжении питания –5.2 В. Комбинированные АЦП сочетают в себе последовательные и параллельные АЦП для того, чтобы объединить высокую скорость преобразования с высоким разрешением.
Современные технологии построения ИС позволяют получать хорошие результаты для всех трёх категорий АЦП. Быстрые биполярные технологии применяются для построения параллельных АЦП, а КМОП технологии для маломощных АЦП с высоким разрешением.
Используя выбранные технологии для достижения функциональности АЦП, встаёт вопрос о повышении качества преобразователя. Непрерывное развитие широкополосных коммуникационных систем требует от АЦП постоянного усовершенствования, новых решений в таких направлениях как архитектура, статические характеристики (такие как линейность, погрешности смещения и усиления), а так же динамические характеристики (отношение сигнал-шум и динамический диапазон).
Однотактный интегрирующий ацп
Рис.
10.1. Однотактный
интегрирующий АЦП
АЦП использующий принцип интегрирования входного сигнала в одну стадию состоит из интегратора, который генерирует возрастающий опорный сигнал, компаратора и счётчика. Входной сигнал подаётся на один из входов компаратора. В момент начала преобразования, счётчик установлен на ноль, а интегратор обнулён. Далее, когда на входе компаратора появляется положительный входной сигнал, интегратор начинает генерировать линейно-возрастающий сигнал. Пока генерируемое напряжение не сравнялось со входным сигналом счётчик считает счётные импульсы. Когда генерируемое напряжение сравняется со входным сигналом счётчик останавливается, выдаёт результат и обнуляется. Обнуляется также и интегратор. Т.к. это последовательное устройство, то оно неприменимо для высокоскоростного преобразования.
Двухтактный интегрирующий ацп
Рис.
10.2. Двухтактный интегрирующий АЦП
Метод двухтактного интегрирования используется при низкоскоростном и высокоточном преобразовании. Дискретизация входного сигнала происходит в три этапа. На первом этапе обратная связь замкнута и вход установлен на ноль. Этот период выполняет роль установки нуля. На втором этапе ключ замыкается на входной сигнал пока счётчик не переполнится. Когда это произошло, процесс останавливается. Поскольку количество тактовых импульсов постоянно, то заряд накопленный на конденсаторе всегда пропорционален амплитуде входного сигнала. На последнем этапе опорное напряжение поданное на вход интегратора будет вызывать на его выходе линейное падение напряжения и разрядку конденсатора. В это время счётчик снова будет считать с нуля. Когда на входе компаратора достигается ноль, он переключается и выключает тактовые импульсы. На счётчике будет значение пропорциональное входному напряжению, т.е. это цифровой выход. Т.к. это последовательное устройство, то оно неприменимо для высокоскоростного преобразования.