Входные и выходные сигналы преобразователя
Аналоговый входной сигнал. Большинство монолитных преобразователей сконструированы в расчете на работу с дифференциальным или отсчитываемым от потенциала земли однополярным входным сигналом. Уровень этого сигнала должен быть согласован с установленным входным диапазоном преобразователя. Чаще всего используются входные диапазоны 0...10 B и 0...5 B. Если фактический диапазон изменения входного сигнала составляет только часть полного входного диапазона преобразователя, то некоторые выходные кодовые комбинации преобразователя никогда не будут реализованы. При этом неоправданно сужается динамический диапазон преобразователя, что приводит к более сильному влиянию погрешностей преобразователя на выходной сигнал. Наилучшее решение этой проблемы выбор преобразователя с наиболее подходящим входным диапазоном и предварительное масштабирование входного сигнала с помощью операционного усилителя. В большинстве систем входной сигнал обычно требует некоторой предварительной обработки, и согласование может быть выполнено в конечном каскаде соответствующей обрабатывающей схемы. В некоторых случаях недостаточный размах входного сигнала можно скомпенсировать путем пропорционального уменьшения масштаба опорного сигнала при условии, что в конструкции преобразователя предусмотрена возможность регулировки уровня опорного сигнала.
Рис.2. Согласование биполярного сигнала с униполярным АЦП.
(а) Входной сигнал масштабируется и смещается.
(б) Схема, реализующая такое преобразование.
Для двухполярного (биполярного) входного входа сигнала тоже можно использовать однополярный преобразователь, сначала масштабируя этот сигнал, а затем добавляя к нему напряжение смещения, как показано на рис.2. Если же на выходе необходимо иметь информацию о полярности сигнала, приходится использовать биполярный преобразователь. Биполярные преобразователи работают с биполярными входными диапазонами, чаще всего от -5 до +5 В, и вырабатывают выходные сигналы в виде цифровых кодов (дополнительном, смещенном, прямом или обратном) .
В схемах АЦП последовательного приближения (см. ниже) напряжение смещения Esh для установки входного диапазона может подаваться через резистор, выполненный на том же кристалле, что и сама БИС АЦП, а в качестве операционного усилителя DA1 также может использоваться усилитель, преобразующий выходной ток сетки R-2R в напряжение ЦАП для сравнения на компараторе с входным напряжением Ui.
Для работы каждого АЦП нужен аналоговый опорный сигнал, с которым сравнивается входной сигнал. Любая погрешность опорного сигнала, связанная с неточностью его первоначальной установки или температурным и временным дрейфом, проявляется как погрешность усиления в передаточной характеристике АЦП. Поэтому точность и стабильность опорного сигнала являются важнейшими факторами в реализации полной точности АЦП.
Выходной цифровой сигнал АЦП характеризуется числом разрядов (разрешением) и типом используемого кода. Наибольшее распространение получили преобразователи с 8и 12-разрядным разрешением. В униполярных преобразователях в качестве выходного кода чаще всего используется обычный двоичный код. Выходные сигналы преобразователей, специально разрабатываемых для измерительных приборов с цифровым отображением информации и цифровых мультиметров, практически всегда представляются в двоично-десятичном коде.
Для функционирования любого АЦП требуются синхронизирующий и некоторые управляющие сигналы. Представление об управляющих сигналах лучше всего получить, рассматривая один цикл преобразования типичного АЦП. Внешнее устройство, с которым связан АЦП (например, микропроцессор) , инициирует процесс преобразования путем переключения на мгновение входа START АЦП в состояние высокого уровня. В момент начала процесса преобразования АЦП переводит в состояние низкого уровня свою линию BUZY/EOC (АЦП занят/ Преобразование завершено) . Таким образом, внешним устройствам сообщается, что идет процесс преобразования, и что пока еще не следует вести поиск выходных данных и не следует инициировать новый цикл преобразования. По завершении текущего преобразования АЦП возвращает эту линию в исходное состояние высокого уровня. Этот переход, как правило, используется для генерации сигнала прерывания микропроцессора или какого-либо другого сигнала, сообщающего внешнему устройству о завершении преобразования.
Внешнее устройство посылает в АЦП сигнал разрешения вывода (ОЕ) , разрешающего АЦП выдачу выходного слова на шину данных. В преобразователях с более чем 8разрядным разрешением сигнал ОЕ может разбиваться на два сигнала разрешения вывода старшего байта (НВЕ) и разрешения вывода младшего байта (LDE) , в результате чего выходное слово преобразователя может передаваться по 8-разрядной шине данных в виде двух последовательных посылок.