Аналого-цифровые преобразователи
Рассмотрим несколько типов АЦП, построенных на разных принципах.
Аналого-цифровой преобразователь с промежуточным преобразованием напряжения во временной интервал.
Схема преобразователя данного типа приведена на рис. 10.81,а, временные диаграммы, иллюстрирующие процессы в преобразователе - на рис. 10.81,6.
Рассмотрим
работу этого преобразователя. Очередным
тактовым импульсом счетчик сбрасывается
в нулевое состояние и одновременно
запускается генератор линейно-изменяющегося
напряжения (ГЛИН). Выходное напряжение
ГЛИН поступает на входы двух компараторов
и
,
на другие входы которых подаются
соответственно нулевое напряжение и
напряжение
,
подлежащее преобразованию в числовую
форму. В момент времени, когда
линейно-изменяющееся напряжение,
нарастая от небольших отрицательных
значений, проходит нулевое значение,
выдает импульс первый компаратор. Этим
импульсом триггер устанавливается в
состояние 1. При прохождении
линейно-изменяющимся напряжением
значения
выдается
импульс вторым компаратором. Этим
импульсом триггер возвращается в нулевое
состояние.
Время Т, в течение которого триггер находится в состоянии 1, пропорционально входному напряжению. Таким образом, входное напряжение преобразуется во временной интервал.
В течение времени Т с выхода триггера подается высокое напряжение на вход элемента И, и импульсы генератора импульсной последовательности (ГИП) проходят через элемент на вход счётчика (Сч). Очевидно, устанавливающееся в счетчике число пропорционально Т, а следовательно и .
Для получения нового отсчета напряжения следует вновь подать импульс запуска. Таким образом, импульсы запуска должны следовать с частотой дискретизации. Покажем, как определяются параметры элементов преобразователя.
|
|
рис 10.81
Число
разрядов счетчика. По заданной
относительной погрешности
преобразователя
определяется максимальное число
,
до которого счетчик должен производить
счет:
Число разрядов счетчика находится как минимальное n, удовлетворяющее неравенству
.
Частота
генератора импульсов. Процесс
преобразования значения
в
число занимает время Т, пропорциональное
.
Максимальное значение
называется
временем преобразования:
где
и
F - соответственно период и частота
генератора импульсов. Отсюда
.
При
проектировании преобразователя время
бывает
задано. Этот параметр определяет так
называемую динамическую погрешность
преобразователя, связанную с тем, что
за время преобразования входное
напряжение
может
измениться. Изменение
за
время
должно
быть меньше напряжения, соответствующего
единице младшего разряда счетчика.
Крутизна
напряжения ГЛИН. Этот параметр
.
Аппаратурные погрешности преобразователя связаны с неточностью работы отдельных его элементов: нелинейностью напряжения ГЛИН; отклонениями момента времени, в который выдается компаратором импульс, от момента времени точного равенства входных напряжений компаратора; конечным временем срабатывания триггера, элемента И; нестабильностью частоты следования импульсов генератора.