6.3 Аналогово-цифровые преобразователи (ацп). Основные характеристики и параметры.
АЦП— устройство преобразования аналогового сигнала в цифровую форму (цифровой код). Цифровой сигнал на выходе АЦП представляется в виде двоичного слова или последовательности импульсов, т.е. в форме совместной с шиной данных конкретной ЭВМ или микропроцессорной системы. Существует множество способов преобразования аналогового сигнала в цифровой код. Часто аналоговый сигнал преобразуется в промежуточную форму (длительность временного сигнала или частоту), что более доступно для измерения в цифровой форме. Далее промежуточная форма сравнивается с эталонной, в рассматриваемом случае это частота тактового генератораUТ, число импульсов которого за измеряемый интервал времениtксчитает счетчик. Однако не во всех типах АЦП сигнал преобразуется в промежуточную форму, но во всех АЦП аналоговый сигнал сравнивается с эталонным (тактовым интервалом или стабилизированным напряжением).
Основными характеристиками АЦП являются:
точность;
время преобразования (быстродействие).
динамический диапазон входного сигнала;
входное сопротивление Rвх
выходное сопротивление Rвых.
Точность определяется количеством разрядов выходного слова. 10 разрядные АЦП имеют относительную погрешность порядка 0,1 %, 12разрядные АЦП — 0,01 %. Время преобразования (быстродействие) это время, необходимое для получения выходного двоичного слова (кода), после подачи на вход измеряемого напряжения Ui. Время преобразования различных типов АЦП лежит в пределах от десятков долей до сотен микросекунд. Динамический диапазон входного сигнала определяется значениями минимального и максимального входного сигнала в соответствии с выражением:
,
где Uвх maxсоответствует максимальному значению входного кода АЦП,
Uвх min— уровень младшего разряда выходного кода.
Сопротивление АЦП со стороны входных и выходных зажимов (для каждого разряда) характеризуется значениями RвхиRвыхсоответственно.
6.3.1 Ацп на параллельных компараторах;
Схема АЦП на параллельных компараторах приведена на рис. 6.6.
Рис. 6.6. АЦП на параллельных компараторах
Для увеличения входного сопротивления АЦП и развязки компараторов от источника входного сигнала служит буферный усилитель, собранный на ОУПТ в режиме повторителя со 100% обратной связью. При этом имеет очень высокое Rвх и очень низкое Rвых.
Источники опорного напряжения получены с помощью делителей напряжения на прецизионных резисторах, использующие параметрический или электронный стабилизаторы напряжения, напряжение которых поступает на неинвертирующие входы компараторов ДА1, ДА2, ДА3.
На инвертирующие входы компараторов подается входной сигнал с буферного усилителя. Если на входах компаратора:
Uвх > Uоп — на выходе компаратора формируется сигнал логической «1»;
Uвх < Uоп — на выходе компаратора формируется сигнал логического «0».
Для выходного сигнала Uвх=0,6Uоп на схеме указаны логические состояния линий и выходной код.
Состояния компараторов с помощью логических схем преобразуется в двоичный цифровой код, значение которых пропорционально входному сигналу (см. таблицу 6.1).
Таблица 6.1 – Состояние линий АЦП и его входного кода в зависимости от уровней входного сигнала.
|
Входные сигналы |
A |
B |
C |
D |
b1 |
b2 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
