3.3.3. Ацп с промежуточным преобразованием в интервал времени
На рис. 3.10, а представлена схема АЦП с промежуточным преобразованием входного сигнала (напряжения) в пропорциональный ему временной интервал tи который затем заполняется счетными импульсами эталонной частоты fсч. Число импульсов, попавших в измерительный интервал Тx, фиксируется счетчиком и выдается как цифровой эквивалент преобразуемого сигнала (рис. 3.10, б). При этом соотношение между кодом и входным сигналом имеет следующий вид:
г
де
- скорость изменения напряжения генератора
линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН)
(
= duглин/dt).
Статическая погрешность данного АЦП определяется нестабильностью частоты fсч, отклонением характеристики ГЛИН от идеальной, погрешностью компараторов.
С точки зрения динамической погрешности рассматриваемый АЦП аналогичен АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением (с единичным приближением) (см. рис. 3.6, а). Для уменьшения динамической (апертурной) погрешности необходимо совместно с данным АЦП использовать УВХ.
АЦП рассмотренного типа широко использовались в 40-х и 50-х годах, но в настоящее время применяются редко, т.к. по быстродействию они значительно хуже всех остальных.
3.3.4. Ацп с промежуточным преобразованием напряжения в частоту
Н
а
рис. 3.11 представлена схема АЦП
с промежуточным преобразованием
напряжения в частоту.
Одну из разновидностей АЦП такого типа
(рассмотренную ниже) еще по-другому
называют дельта-сигма
преобразователями.
Сигнал запуска по длительности равный фиксированному временному интервалу Tф, поступает на ключ Кл, при замыкании которого на вход интегратора подается преобразуемое напряжение Uвх. Одновременно импульс запуска поступает на вход элемента «И», что обеспечивает пропускание импульсов одновибратора G на счетчик. После прихода импульса запуска, напряжение на выходе интегратора Uинт начинает линейно возрастать до тех пор, пока не достигнет значения опорного напряжения схемы сравнения (на схеме нулевого). При Uинт>0 компаратор сработает и своим выходным сигналом воздействует на одновибратор G, с выхода которого на второй вход интегратора поступит импульс, имеющий постоянную длительность и поcтоянную амплитуду Uэ с полярностью, обратной полярности Uвx. Значение Uэ выбирается таким, чтобы всегда выполнялось условие Uэ/R2>Uвх/R1. Поэтому сразу после подачи импульса одновибратора G напряжение Uинт начнет уменьшаться в течение всей длительности импульса . После окончания импульса напряжение Uинт вновь начнет расти, т.е. цикл интегрирования повторится. В установившемся режиме суммарное приращение напряжения на выходе интегратора за единичный цикл интегрирования Тинт равно нулю, т. е.
Если значение Uвх постоянно в течение Tинт, то из (41) получаем:
или:
Следовательно частота следования импульсов одновибратора G:
а число импульсов, прошедшее на счетчик за фиксированный временной интервал Tф:
Из (3.9) видно, что показания счетчика будут пропорциональны входному напряжению при постоянных значениях сопротивлений резисторов R1 и R2 и постоянных параметрах импульсов одновибратора и Uэ. Заметим, что оба слагаемых в (3.8) являются определенными интегралами, измеряемыми в вольт-секундах, умноженными на коэффициенты передачи интегратора по соответствующему входу. Отсюда следует, что каждый сформированный одновибратором импульс по площади, выраженной в вольт-секундах, равен площади входного напряжения за время Tинт, выраженной также в вольт-секундах и умноженной на постоянный коэффициент R2/R1. Именно это свойство позволяет использовать АЦП такого типа в качестве аналого-цифрового интегратора, причем не только постоянных, но и изменяющихся сигналов.
Так как в данном АЦП происходит интегрирование входного сигнала, то помехи, содержащиеся во входном сигнале, уменьшаются, как и в других типах интегрирующих АЦП. Для лучшего подавления помех, поступающих по цепям питания длительность Тф целесообразно брать равной периоду питающего напряжения.