где Z – входное число.
В рассмотренных (рис. 6.36 и 6.37) ЦАП точность определения токов сильно зависит от падения напряжения на ключах. От этого недостатка свободны преобразователи на переключателях тока (рис. 6.38). Весовые токи I0, 2I0 … c помощью диодов переключаются либо в суммирующий узел, либо во внешнюю цепь, в зависимости от двоичного кода входного числа (z0, z1, …). Поэтому выходное напряжение пропорционально входному числу. Принцип токовых переключателей используется преимущественно в ЦАП, реализуемых по биполярной технологии (например, К594ПА1). В быстродействующих ЦАП токовые переключатели реализуются на стандартных ЭСЛ – элементах (например, К1118ПА1). Внешний вывод опорного напряжения можно использовать для подачи на него аналогового напряжения (сигнала). Если второй сигнал подать в цифровой форме на входы разрядов, то на выходе ЦАП можно получить сигнал, пропорциональный произведению аналогового и цифрового сигналов. Такие преобразователи называют перемножающими ЦАП (ПЦАП). Как ПЦАП можно использовать любые ЦАП, имеющие внешний вывод опорного напряжения. Однако при этом напряжение входного аналогового сигнала может быть только однополярным. Для получения результата перемножения в двух квадрантах можно использовать двухполярный сигнал, и результат перемножения на КМОП ПЦАП можно получить в любом из четырех квадрантов.
6.16. Аналого-цифровые преобразователи
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют входное напряжение в пропорциональное ему число (рис. 6.39). Выделяют три метода преобразования: параллельный, поразрядного взвешивания и последовательного счета.
В параллельном методе входное напряжение одновременно сравнивают с N опорными напряжениями и точно определяют, между какими двумя уровнями оно находится. При этом результат получают в один шаг.
В методе поразрядного взвешивания входное напряжение преобразуется в n-разрядное двоичное число за n шагов.
Метод последовательного счета самый медленный. Результат получается за N шагов, где N – число минимальных ступенек, укладывающихся в преобразуемое напряжение. Имеются различные схемы решения этого метода, которые часто также называют методами.
АЦП параллельного кодирования (рис. 6.40) содержит N компараторов (к0, к1,…кn), опорные входы которых подключены к делителю напряжения, задающему пороги срабатывания компараторов. Входное напряжение непрерывно сравнивается с опорными напряжениями компараторов. При этом все компараторы, пороги срабатывания которых находятся ниже уровня входного напряжения, имеют активное состояние. Акт преобразования фиксируется стробирующим импульсом (С), по которому состояния компараторов заносятся в регистр. Выходной двоичный код формируется шифратором (CD). Пример такого АЦП – интегральная схема К1107ПВ1, представляющая собой 6–разрядный АЦП параллельного действия. Она содержит 63 компаратора, шифратор и буферный регистр. Результат преобразования может быть представлен в прямом двоичном, обратном двоичном, прямом с дополнением до двух и обратном с дополнением до двух кодах. Время преобразования не превышает 0,1 мкс.
Метод поразрядного взвешивания (последовательного приближения) получил наибольшее распространение, поскольку он обеспечивает высокое разрешение при большой скорости преобразования. В основе этого метода лежит сравнение выходного напряжения U(z) внутреннего ЦАП с входным напряжением Uвх; результатом каждого сравнения является установление значения очередного разряда в регистре АЦП. Выработка n–разрядного двоичного слова занимает n фиксированных интервалов времени (тактов). Структурная схема и график работы такого АЦП показаны на рис. 6.41. После сигнала «Пуск» первым тактовым импульсом старший разряд регистра блока управления устанавливается в единичное состояние (z=100000). Если результат сравнения Uвх > U(z), компаратор не срабатывает, и в старшем разряде регистра остается 1. Вторым тактовым импульсом в состояние 1 устанавливается соседний младший разряд регистра z = 110000, и если Uвх> U(z), это состояние регистра сохраняется до следующего такта. Третий тактовый импульс устанавливает в регистре число Z = 111000. В рассматриваемом на рис. 6.41,б случае в результате сравнения выявилось, что Uвх<U(z), поэтому выходной сигнал компаратора сбрасывает в «0» триггер третьего (со стороны старшего) разряда. К моменту поступления четвертого тактового импульса в регистре осталось число Z = 110000. Четвертый тактовый импульс устанавливает в регистре число Z=110100. Происходит сравнение Uвх и U(z) и т. д. После последнего такта (на рис. 6.41 – шестого) блок управления выдает сигнал «Конец преобразования» и в регистре фиксируется результат преобразования(в нашем примере он равен110001). Примером такого типа АЦП является интегральная микросхема АЦП последовательного приближения К1108ПВ1. Это 10 – разрядный АЦП, работающий совместно с ТТЛ ЦИС и имеющий время преобразования не более 0,9 мкс.
Метод последовательного счета реализуется в нескольких вариантах. Следящий АЦП (рис. 6.42) состоит из реверсивного счетчика, ЦАП, компаратора, генератора, тактовых импульсов и схемы управления реверсом счетчика. Входное напряжение Uвх непрерывно сравнивается с выходным напряжением U(z) ЦАП. Если Uвх > U(z), счетчик работает в режиме сложения, благодаря чему U(z) приближается к входному напряжению. Как только U(z) становится больше входного напряжения, счетчик переключается на вычитание. Таким образом, в счетчике устанавливается число, эквивалентное входному напряжению. Младший разряд реверсивного счетчика постоянно флуктуирует, поэтому его можно не использовать при считывании выходного кода. Возможны варианты схемного решения следящего АЦП, когда при U(z) = Uвх счетчик останавливается. [16]
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.