5.14 Аналого-цифровые преобразователи

5.14. 1 Назначение. Классификация

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) – это устройства, предназначенные для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Для такого преобразования необходимо осуществить квантование аналогового сигнала, то есть мгновенные значения аналогового сигнала ограничить определенными уровнями, называемыми уровнями квантования.

По принципу построения АЦП бывают последовательные, параллельные, последовательно-параллельные.

По схеме электрической принципиальной: АЦП без ЦАП, АЦП с ЦАП.

5.14. 2 Основные параметры ацп

Основные параметры АЦП такие же, как и параметры ЦАП:

• разрядность;

• разрешающая способность;

• погрешность или точность преобразования, ее характеризуют два дополнительных параметра:

• погрешность квантования, равная половине единицы младшего значимого разряда;

• опертурная погрешность – это неопределенность между значением входного сигнала в момент выборки и значения фактически преобразуемого сигнала.

5.14.3 Интегрирующий цап

Интегрирующий АЦП (рис.5.32) является аналого-цифровым преобразователем без ЦАП.

С хема состоит из интегратора, построенного на операционном усилителе (А1) и компаратора, построенного на А2.

П еред началом работы интегратор обнуляется путем замыкания ключа К. С приходом входного сигнала, интегратор включается и начинает работать, и конденсатор заряжается от опорного напряжения. На выходе микросхемы А1 появляется линейно нарастающее напряжение. Одновременно с приходом входного сигнала, через логическое устройство в счетчик поступают тактовые импульсы с частотой f_т, счетчик начинает переключаться, формируя на выходе цифровой сигнал (рис. 5.33). Как только напряжение на выходе с интегратора достигнет входного сигнала, компаратор переключается в другое состояние и отключает логическое устройство от счетчика. Тактовые импульсы перестают поступать на счетчик и на выходе будет цифровой сигнал, соответствующий данному аналоговому. Источником погрешности данного АЦП может служить нелинейность напряжения с интегратором. Другой причиной погрешности может служить несоответствие во времени управления интегратором и логическим устройством.

5.14.4 Ацп с двухтактным интегрированием

Аналогово-цифровые преобразователи с двухтактным интегрированием (рис. 5.34) являются более высокоточными, чем предыдущий АЦП, и применяются в БИС ЦАП.

П реобразование осуществляется в два этапа.

Сначала на индикатор подается входное напряжение. В течение времени Т_И напряжение на интеграторе увеличивается по величине. Затем вместо аналогового входного сигнала подается опорное напряжение, противоположное по знаку входному. Напряжение на индикаторе уменьшается до нуля за время Т_ОП. Как только напряжение на индикаторе достигнет нуля, компаратор, построенный на А2, отключает логическое устройство (рис. 5.35).

Т _И = N_И t_т,

Т_ОП = N_ОП t_т,

где N_И N_ОП - число тактовых импульсов, прошедших за промежуток времени Т_И, Т_ОП.

В общем виде напряжение с интегратора запишется:

N_ОП= .

Зафиксированное счетчиком число импульсов N_ОП, преобразованное в требуемый код, зависит от входного сигнала. Главным источником погрешности преобразований являются нестабильность опорного напряжения и нестабильность тактовых импульсов.

Неидеальностью параметров RС цепи интегратора можно пренебречь. Все АЦП интегрирующего типа имеют невысокое быстродействие.