Ацп последовательного приближения

АЦП последовательного приближения - самый используемый преобразователь. Эти устройства имеют широкий диапазон скоростей преобразования и 8 или 16 бит разрешения. Принцип их действия основан на интеллектуальном поиске в дереве всевозможных дискретных уровней, когда каждый шаг преобразования выбирает следующую ветвь, исходя из предыдущих вычислений. Преобразование состоит из сравнения входного сигнала с вычисленным напряжением, генерируемым цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). После преобразования, сформированный цифровой сигнал, подаётся на вход ЦАП и АЦП обнуляется. Далее напряжение, соответствующие старшему биту сравнивается со входным напряжением. Если входное напряжение больше, то формируется команда «вкл.» и подаётся следующий бит. Если входное напряжение меньше, то формируется команда «выкл.» и подаётся следующий бит. Если добавленный вес второго бита позволяет превысить входной сигнал, формируется команда «вкл.» и подаётся третий бит. Процесс продолжается до последнего бита. После завершения процесса строка состояния указывает на это.

Рис. 10.3. АЦП последовательного приближения

Ацп с перераспределением заряда.

Рис. 10.4.АЦПс перераспределением заряда.

Разрядовыми элементами в данном АЦП являются конденсаторы. АЦП состоит из компаратора и линейки параллельно соединённых конденсаторов, каждый из которых может быть подключён к земле или к опорному напряжению. Общая шина конденсаторов подсоединена к одному из входов компаратора, в то время как входное напряжение подаётся на другой. Величины ёмкостей конденсаторов подобраны как C, C/2, C/4, и т.д. Первоначально все конденсаторы подключены к земле. Затем конденсатор с ёмкостью C подключается к V_ОП , т.е. на вход компаратора подаётся V_ОП/2, из-за деления напряжения. Компаратор сравнивает это напряжение со входным и формирует старший бит. Далее ко входу компаратора подключается C/2, формируется следующий по старшинству бит и т.д. до младшего бита.

Лекция 11.

АЦП. Конвейерные АЦП. Параллельные АЦП.

Параллельный АЦП.

Рис. 11.1. Параллельный АЦП

В N-битном параллельном АЦП используются 2^N-1 опорных напряжений и каскад компараторов, которые используются для преобразования аналогового сигнала в цифровой выходной код. Этот код можно конвертировать в двоичный код, используя постоянное запоминающее устройство. На сегодняшний день 8-битные преобразователи имеют приемлемые размеры и умеренное потребление. Увеличение разрешения до 10 бит приводит к увеличению размеров в 4 раза. Существует предел возможностей по размерам и потребляемой мощности для современных ИС. Поэтому необходимо снижать потери мощности на каскаде компараторов, в частности уменьшая полосу пропускания. Также сложно расположить тактовые и входные шины на чипе. Кроме того, на количество резисторов в резистивной цепочке наложены физические ограничения, обусловленные тем, что ток, протекающий через эти резисторы, должен сохраняться относительно большим (около 1мА), чтобы уменьшать влияние тока подложки входных транзисторов. В 10-битном АЦП, 1023 резистора по 1 Ом будут иметь общее сопротивление около 1 кОм. Если опорное напряжение будет 5 В, то ток, текущий в цепи резисторов, будет равен 5 мА. Нужно также учитывать сложности производства столь низкоомных резисторов. Входная ёмкость параллельного АЦП пропорциональна количеству компараторов. Параллельный АЦП осуществляет непосредственный прямой переход от аналогового сигнала к цифровому, и используется для высокоскоростного преобразования. К недостаткам этого АЦП относятся большое потребление мощности и большая занимаемая площадь.