Аналого-цифровые преобразователи. Общие сведения, основные параметры и классификация. Функциональное обозначение АЦП, страница 3

Рассмотрим пример  последовательного  приближения  на  примере формирования четырехразрядного кода, для которого имеем 4 уровня сравнения D/2, D/4,  D/8 и  D/16. Преобразование производится за 4 такта.   В каждом такте формируется один разряд цифрового кода,  начиная со старшего.  Формирование разряда происходит по следующему правилу:  если очередное  приближение меньше преобразуемой величины сигнала,  то в данный разряд записывается "1",  в противном случае "0". Рассмотрим процесс формирования на примере преобразования постоянного напряжения (рис. 9. 5, а):

Такт  1:     D/2 <  u(t),   поэтому в старший  записывается "1";

Такт  2:     D/2 + D/4 >  u(t),   во второй разряд  записывается "0";

Такт  3:     D/2 + D/4 - D/8 <  u(t),   в первый  разряд записывается "1";

Такт 4:     D/2 + D/4 - D/8 + D/16 <  u(t),  в младший разряд записывается "1".

Следовательно, для рассматриваемого примера, величине  u(t)  соответствует код 1011. Точность приближения зависит от количества разрядов.

Структурная схема АЦП-ПП приведена на рис. 9. 5, б и включает регистр последовательного приближения РПП,  ЦАП,  компаратор К,  генератор тактовых импульсов и источник опорного напряжения ИОН. Для построения  АЦП-ПП  промышленностью выпускаются 12-разрядные РПП 155ИР17 и 564ИР13.  Примером реализации АЦП-ПП в виде БИС является 12-разрядный преобразователь 572ПВ1 с временем  преобразования  порядка 120-150 мкс.

АЦП двойного интегрирования (АЦП-ДИ). Упрощенная схема АЦП-ДИ  приведена на рис. 9. 6, а. Преобразование проходит в два этапа (рис. 9. 6, б): интегрирования и счета.

Этап 1. (t = 0 ÷ T₁). В начале первого такта  ключ S₁ замкнут, а ключ S₂ разомкнут. Интегратор, построенный на ОУ А1,  интегрирует входное напряжение U_вх. Время интегрирования входного напряжения Т₁ постоянно и определяется разрядностью n счетчика, так что

T₁ = 2ⁿT_T  = const ,                                                                           (9. 1)

где   T_T    - период следования тактовых импульсов с ГТИ.

Напряжение на выходе интегратора меняется по закону:

где  τ = RC  - постоянная интегрирования.       

 

б

Рис. 9. 6. АЦП двойного интегрирования

В момент окончания первого этапа, т. е. при  t = T₁

                                                                                              (9.2)

где      - усредненное за время Т₁ значение входного напряжения.

В конце этапа  интегрирования ключ S₁ размыкается, а ключ S₂ замыкается и на вход интегратора подается опорное напряжение U_оп. При этом полярность  опорного напряжения, выбирается противоположной по знаку входному напряжению.

Этап 2. (t = T₁ ÷ T₂).   На втором этапе – этапе счета, выходное напряжение интегратора линейно уменьшается по абсолютной величине, как показано на рис. 9. 6, б :

                                                           (9. 3)

Этап  счета заканчивается при t = T₂ , когда выходное напряжение интегратора становится равным  нулю U_и(T₂) = 0. При этом происходит срабатывание компаратора К и счет останавливается. Из выражения (9. 3) с учетом (9. 2) найдем Интервал времени, в течение которого  происходит этап счета, определяется уравнением

T₁U_вх.ср = T₂U_оп ,                                                                              (9. 4)

Откуда следует, что

T₂    =    T₁U_вх.ср   /U_оп   .

В то же время  Т₂ =  ХT_T , где Х - содержимое счетчика по окончании этапа счета будет с учетом (9. 1) равно

Х = Е₂.  Е₁  = (2^т U^-1_оп )U_{вх.ср  ,}

Из этой формулы следует, что содержимое счетчика пропорционально среднему значению входного напряжения. Причем из полученной формулы следует, что погрешность преобразования определяется в основном стабильностью источника опорного напряжения, что позволяет строить высокоточные АЦП.  АЦП-ДИ широко применяются для построения цифровых измерительных приборов.