33. Послідовно-паралельні аналого-цифрові перетворювачі.

Послідовно-паралельні АЦП є компромісом між бажанням отримати високу швидкодію та зробити це по-можливості меншою ціною. Послідовно-паралельні АЦП займають проміжне положеня за роздільною задтністю та швидкодією між паралельними АЦП та АЦП послідовного наближення. Послідовно-паралельні АЦП поділяють на багатоступінчаті, багатотактні и конвеєрні.

Багатоступінчасті АЦП

У багатоступінчастому АЦП процес перетворення вхідного сигналу розділений у просторі.

Рис.4 Структурна схема двоступінчастого АЦП

Цифрові сигнали з виходу АЦП надходять на вихідний регістр і одночасно на вхід 4-розрядного швидкодіючого ЦАП.

Через наявність затримки сигналу в першої ступені виникає, однак, временнoе запізнення. Тому при використанні цього способу вхідну напругу необхідно підтримувати постійною за допомогою пристрою вибірки-зберігання доти, поки не буде отримано всю кількість потрібних значень.

Багатоконтактні послідовно –паралельні АЦП

Тут процес перетворення розділений у часі.

Перетворювач складається з 4-розрядного паралельного АЦП, 4-розрядного ЦАП та пристрою керування.

Швидкодія багатотактного АЦП визначається повним часом перетворення 4-розрядного АЦП, часом спрацьовування цифрових схем управління, часом установлення ЦАП з похибкою, що не перевищує 0,2...0,3 кванти 8-розрядного АЦП, причому час перетворення АЦП входить у загальний час перетворення двічі. У результаті за інших рівних умов перетворювач такого типу виявляється повільнішим за двоступінчастий перетворювач, який розглянутий вище. Однак він простіший і дешевший. За швидкодією багатотактні АЦП займають проміжне положення між багатоступінчастими АЦП та АЦП послідовного наближення.

34. Σδ- та слідкуючі аналого-цифрові перетворювачі.

Сігма-дельта АЦП

АЦП багатотактного інтегрування мають ряд недоліків. По-перше, нелінійність перехідної статичної характеристики операційного підсилювача, на якому виконують інтегратор, помітним чином позначається на інтегральній нелінійності характеристики перетворення АЦП високої роздільної здатності. Для зменшення впливу цього фактора АЦП виготовляють багатотактними. Іншим недоліком цих АЦП є та обставина, що інтегрування вхідного сигналу займає в циклі перетворення тільки приблизно третю частину. Дві третини циклу перетворювач не приймає вхідний сигнал. Це погіршує завадостійкісні властивості інтегруючого АЦП. По-третє, АЦП багатотактного інтегрування повинен мати досить велику кількість зовнішніх резисторів та конденсаторів з високоякісним діелектриком, що значно збільшує місце, яке перетворювач займає на платі та, як наслідок, підсилює вплив завад

Ці недоліки багато в чому усунуті в конструкції сігма-дельта АЦП.Своєю назвою ці перетворювачі зобов'язані наявністю в них двох блоків: суматора та інтегратора. Один із принципів, закладених у такого роду перетворювачах, що дозволяє зменшити похибку, внесену шумами, а отже збільшити роздільну здатність - це усереднення результатів виміру на великому діапазоні часу

Основні вузли АЦП - це сігма-дельта модулятор та цифровий фільтр. Робота цієї схеми заснована на відніманні від вхідного сигналу U_вх(t) величини сигналу на виході ЦАП, отриманої на попередньому такті роботи схеми.

Рис.15 Структурна схема сігма-дельта АЦП

У сігма-дельта АЦП зазвичай застосовуються цифрові фільтри з амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ) виду (sinx/x)³. Передаточна функція такого фільтра в z-області визначається виразом

де М - ціле число, яке задається програмно та дорівнює відношенню тактової частоти модулятора до частоти відліків фільтру.

Порівняння сігма-дельта АЦП із АЦП багатотактного інтегрування показує значні переваги перших. Насамперед, лінійність характеристики перетворення сігма-дельта АЦП вища, ніж у АЦП багатотактного інтегрування рівної вартості. Це пояснюється тим, що інтегратор сігма-дельта АЦП працює в значно більш вузькому динамічному діапазоні, та нелінійність перехідної характеристики підсилювача, на якому побудований інтегратор, позначається значно менше. Ємність конденсатора інтегратора в сігма-дельта АЦП значно менша (десятки пікофарад), так що цей конденсатор може бути виготовлений прямо на кристалі ІМС. Як наслідок, сігма-дельта АЦП практично не має зовнішніх елементів, що істотно скорочує площу, яку він займає на платі, та знижує рівень шумів.

Сігма-дельта АЦП високого розрішення мають розвиту цифрову частину, що включає мікроконтролер. Це дозволяє реалізувати режими автоматичної установки нуля та самокалібрування повної шкали, зберігати калібровані коефіцієнти та передавати їх за запитом зовнішнього процесора

Слідкуючий АЦПскладається з компаратора, реверсивного лічильника, керованого компаратором, і ЦАП. Компаратор порівнює вхідну напругу з вихідною напругою ЦАП і керує напрямком лічби реверсивного лічильника (+/-). Якщо вхідна напруга більша, ніж напруга ЦАП, лічильник під дією тактових імпульсів, що поступають на його вхід рахує на додавання (+), якщо ж менше напруги ЦАП, лічильник рахує на віднімання (-).

Головний недолік слідкуючих АЦП – низька швидкість перетворення. Перетворення може зайняти до 256 тактів 8-бітного виходу, 1024 такти для 10-бітного значення і так далі. До того ж, швидкість перетворення змінюється залежно від VBX.