13. Послідовні ацп

АЦП послідовного відліку

Ц ей перетворювач є типовим прикладом послідовних АЦП із одиничним наближенням та складається з компаратора, лічильника та ЦАП. На один вхід компаратора надходить вхідний сигнал, а на інший - сигнал зворотного зв'язку з ЦАП.

Робота перетворювача починається з приходу імпульсу запуску, який включає лічильник, котрий підсумовує кількість імпульсів, які надходять від генератора тактових імпульсів ГТІ. Вихідний код лічильника подається на ЦАП, що здійснює його перетворення в напругу зворотного зв'язку U_ос. Процес перетворення продовжується доти, поки напруга зворотного зв'язку зрівняється з вхідною напругою та переключиться компаратор, який своїм вихідним сигналом припинить надходження тактових імпульсів на лічильник. Перехід виходу компаратора з 1 у 0 означає завершення процесу перетворення. Вихідний код, який пропорційний вхідній напрузі в момент закінчення перетворення, зчитується з виходу лічильника.

Час перетворення АЦП цього типу є змінним та визначається вхідною напругою.

При роботі без пристрою вибірки-зберігання апертурний час збігається з часом перетворення. Як наслідок, результат перетворення надзвичайно сильно залежить від пульсацій вхідної напруги. При наявності високочастотних пульсацій середнє значення вихідного коду нелінійно залежить від середнього значення вхідної напруги. Це означає, що АЦП даного типу без пристрою вибірки-зберігання придатні для роботи з постійними чи такими, що повільно змінюються напругами, які за час перетворення змінюються не більш, ніж на значення кванта перетворення.

Таким чином, особливістю АЦП послідовного відліку є невелика частота дискретизації, що досягає декількох кілогерц. Перевагою АЦП даного класу є порівняльна простота побудови, обумовлена послідовним характером виконання процесу перетворення.

1. Ацп послідовного наближення

П еретворювач цього типу, який у літературі також називають АЦП із порозрядним врівноваженням, є найбільш розповсюдженим варіантом послідовних АЦП.

В основі роботи цього класу перетворювачів лежить принцип дихотомії, тобто послідовного порівняння вимірюваної величини з ¹/₂, ¹/₄, ¹/<>8 та т.д. від можливого максимального її значення. Це дозволяє для N-розрядного АЦП послідовного наближення виконати весь процес перетворення за N послідовних кроків (ітерацій) замість 2^N-1 при використанні послідовного відліку та отримати істотний виграш у швидкодії. Так, уже при N=10 цей виграш досягає 100 разів та дозволяє отримати за допомогою таких АЦП до 10⁵...10⁶ перетворень у секунду. У той же час статична похибка цього типу перетворювачів, обумовлена в основному використовуваним у ньому ЦАП, може бути дуже малої, що дозволяє реалізувати роздільну здатність до 18 двійкових розрядів при частоті вибірок до 200 кГц (наприклад, DSP101 фірми Burr-Brown).

При роботі без пристрою вибірки-зберігання апертурний час дорівнює часові між початком та фактичним закінченням перетворення, яке так само, як в АЦП послідовного відліку, по суті залежить від вхідного сигналу, тобто є змінним. Виникаючі при цьому апертурні похибки носять також нелінійний характер. Тому для ефективного використання АЦП послідовного наближення, між його входом та джерелом перетвореного сигналу варто включати ПВХ. Більшість випускаються в дійсний час ІМС АЦП послідовного наближення (наприклад, 12-розрядний МАХ191, 16-розрядний AD7882 та ін.), має убудовані пристрої вибірки-зберігання, чи, частіше, пристрої спостереження-збереження (track-hold), керовані сигналом запуску АЦП. Пристрій спостереження-збереження відрізняється тим, що постійно знаходиться в режимі вибірки, переходячи в режим збереження тільки на час перетворення сигналу.

Даний клас АЦП займає проміжне положення по швидкодії, вартості та роздільній здатності між послідовно-паралельними та інтегруючими АЦП та знаходить широке застосування в системах управління, контролю та цифрової обробки сигналів.