Аналого - цифровые преобразователи

В информационных и управляющих системах в измерительных при­борах информация от источников сигналов (датчиков) бывает представлена в аналоговой форме (т.е. в виде статического или динамического непрерывно- изменяющегося значения физической величины). Для ее ввода в цифровые ЭВМ используются аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

В настоящее время наиболее часто используются следующие виды

АЦП:

1.АЦП последовательного приближения

2.АЦП параллельного типа

3.Последовательно - параллельные АЦП

4.АЦП следящего типа

5.АЦП с двойным интегрированием.

Этот перечень видов АЦП не является исчерпывающим.

Структура АЦП последовательного типа имеет вид:

Входной сигнал U_BX перед началом преобразования запоминается схемой выборки - хранения ВХ, которая сохраняет его неизменным в течение времени преобразования. Затем по команде «Пуск» с помощью сдвигово­го регистра (на схеме нет) последовательно во времени каждый триггер Т_; начиная со старшего разряда переводит в 1 соответствующий разряд ЦАП. Напряжение Ui с выхода ЦАП сравнивается с выходным сигналом компара­тором КП. При наборе кода обеспечивающего равенство Ui = Uф на выходах Ti – Т_а получается код, соответствующий Uo с точность до половины млад­шего разряда. Время преобразования такого АЦП порядка 10-100мкс при 12 разрядном коде.

АЦП параллельного типа основано на принципе деления входного сигнала на достаточно значительное количество аналоговых уровней с по­мощью резисторного эталонного делителя, состоящего из сопротивлений од­ного номинала. При этом требуется использовать 2ⁿ⁺¹ - 1 компараторов. На­пример для 6'" разрядного АЦП потребуется 63 компаратора. Быстродейст­вие схемы может быть снижено до 20нс, предельно - реализуемое количест­во компараторов в микросхеме позволяет получить не более 8 разрядов.

АЦП с двоичным интегрированием (АЦПДИ) в настоящее время наи­более часто используются в цифровых средствах измерения.

Схема требует предварительной подготовки. В начале цикла двоич­ный счетчик сбрасывается в «О». Конденсатор С разряжается ключом К₂. По команде «Пуск» ключ К₂ размыкается, a Ki подключает вход интегратора к входному напряжению и схема управления (СУ) начинает пропускать такто­вые импульсы в двоичный счетчик. Когда через время t₁ счетчик пересчитает такое количество импульсов что его старший разряд переключится в «1» а все младшие будут в нуле, произойдет переключение К1 к источнику U_итал после чего начинается интегрирование в обратную сторону в течение време­ни t₂ до тех пор пока U_BbIX интегратора на ОУ не достигнет нуля. Это вызовет срабатывание компаратора КП, который через СУ прекратит поступление тактовых импульсов в двоичный счетчик. Состояние разрядов счетчика ока­жется соответствующим U_BX.

Такая схема фактически измеряет t₂, пропорциональное U_BX. Неточ­ность исполнения цепей R и С влияет на погрешность преобразования в ми­нимальной степени.

Наиболее высококачественные АЦП построенные на использовании данного принципа работы имеют чувствительность (разрешающую способ­ность) около 1 мкВ, а погрешность измерения может быть понижена до ты­сячных долей процента.

АЦП и ЦАП нашли широкое применение в мобильной связи и многих других областях электронной техники.