Введение
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи АЦП находят широкое применение в различных областях современной науки и техники. Они являются неотъемлемой составной частью цифровых измерительных приборов, систем преобразования и отображения информации, программи-руемых источников питания, индикаторов на электронно-лучевых трубках, радиолокационных систем, установок для контроля элементов и микросхем, а также важными компонентами различных автоматических систем контроля и управления, устройств ввода-вывода информации ЭВМ. На их основе строят преобразователи и генераторы практически любых функций, цифроуправляемые аналоговые регистрирующие устройства, корреляторы, анализаторы спектра и т. д. Велики перспективы использования быстродей-ствующих преобразователей в телеметрии и телевидении.
Несомненно, серийный выпуск малогабаритных и относительно дешевых АЦП еще более усилит тенденцию проникновения метода дискретно-непрерывного преобразования в сферу науки и техники. Одним из стимулов развития цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей в интегральном исполнении в последнее время является широкое распрос-транение микропроцессоров и методов цифровой обработки данных. В свою очередь потребность в АЦП стимулирует их разработку и производство с новыми, более совершенными характеристиками. В настоящее время применяют три вида технологии производства АЦП: модульную, гибридную и полупроводниковую. При этом доля производства полупроводниковых интегральных схем (ИМС ЦАП и ИМС АЦП) в общем объеме их выпуска непрерывно возрастает и в недалеком будущем, по-видимому, в модульном и гибридном исполнениях будут выпускаться лишь сверхточные и сверх-быстродействующие преобразователи с достаточно большой рассеиваемой мощностью.
В настоящее время разработано большое количество типов АЦП, удовлет-воряющих широкому спектру требований. Для некоторых из них преобла-дающими параметрами являются высокая точность и временная стабиль-ность преобразования, для других большее значение имеет скорость преоб-разования. Экономические соображения также могут существенно влиять на выбор конкретной схемы прообраз зевания.
Довольно часто АЦП используются для преобразования нескольких анало-говых сигналов. В этом случае требуются два дополнительных элемента схемы: мультиплексор, обеспечивающий подключение аналоговых сигналов в определенной последовательности к общему входу АЦП, и устройство выборки и хранения, которое запоминает текущее значение аналогового сигнала в коротком интервале времени и сохраняет это значение постоянным (в пределах допустимой погрешности) до тех пор, пока АЦП не завершит процесс преобразования.
Есть несколько критериев классификации АЦП, например программируемые и непрограммируемые. В программируемых АЦП процесс преобразования состоит из заданного, вполне конкретного числа шагов, каждый из которых тактируется и имеет фиксированную длительность (АЦП последовательного приближения). Для непрограммируемых АЦП время преобразования опре-деляется только длительностью переходных процессов в цепях преобразо-вания (АЦП с одновременным сравнением или параллельный АЦП).
Другой критерий классификации АЦП - наличие или отсутствие цепи обратной связи (в первом случае это уравновешивающие АЦП, во втором - АЦП прямого преобразования).
По принципу действия все существующие типы АЦП можно разделить на две группы: АЦП с зарядом конденсатора (интегрирующие АЦП), АЦП со сравнением входного преобразуемого сигнала с дискретными уровнями напряжений.
Принцип работы АЦП с зарядом конденсатора основан на преобразовании в код отрезка времени, необходимого для заряда конденсатора до некоторого опорного уровня напряжения или до уровня входного напряжения. В АЦП со сравнением напряжений используется метод преобразования, сущностью которого является формирование напряжений с уровнями, эквивалентными соответствующим цифровым кодам, и сравнение этих уровней напряжения с входным напряжением для определения эквивалентного цифрового сигнала. При этом уровни напряжения могут быть сформированы одновременно, последовательно или комбинированным способом.
АЦП с зарядом конденсатора. К этой группе АЦП относятся преобразователи напряжения в частоту, АЦП с модуляцией длительности импульса (одно-тактные интегрирующие АЦП), двухтактные и трехтактные инте-грирующие АЦП.
АЦП с модуляцией длительности импульса (однотактный интегри-рующий) характеризуется тем, что уровень входного аналогового сигнала Uвх преобразуется в импульс, длительность которого tинт является функцией значения входного сигнала и преобразуется в цифровую форму с помощью подсчета числа периодов опорной частоты, которые укладываются между началом и концом импульса. Выходное напряжение Uвых(t) интегратора под действием подключенного к его входу Uоп меняется от нулевого уровня со скоростью
vвых=Uоп/tинт
В момент, когда выходное напряжение интегратора становится равным входному Uвх, КН (компаратор) срабатывает, в результате чего на его выходе формируется импульс с длительностью импульса
tимп=Uвх/Uвых=Uвхtинт/Uоп, за которую напряжение Uвых изменяется от нулевого уровня до Uвх . Таким образом, длительность сформированного компаратором напряжения импул-ьса tимп однозначно определяет значение входного преобразуемого напряже-ния Uвх.
kn=tимп/Uвх=tинт/Uоп
т.е., как и для АЦП напряжения в частоту, погрешность преобразования
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.