Области применения АЦП

Современные средства вычислительной техники и информационно-измерительные системы широко используют принцип цифрового преобразовния сигналов. Цифровые устройства применяются везде, где требуется высокая точность и хорошая повторяемость преобразований, а результаты должны храниться в течение длительного времени, а также в тех случаях, когда алгоритм преобразования сложен или требуется высокая помехоустойчивость. Поскольку подавляющее большинство сигналов окружающего мира имеет аналоговую природу, сигналы, предназначенные для цифровой обработки, должны быть подвергнуты дискретизации, квантованию и кодированию. И обратно: если на выходе системы требуется получить аналоговый сигнал, то должна быть выполнена операция декодирования и, возможно, интерполяция. Подобные операции выполняются АЦП и ЦАП соответственно.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами.

Принципиально не исключена возможность непосредственного преобразования различных физических величин в цифровую форму, однако эту задачу удается решить лишь в редких случаях из-за сложности таких преобразователей. Поэтому в настоящее время наиболее рациональным признается способ преобразования различных по физической природе величин сначала в функционально связанные с ними электрические, а затем уже с помощью преобразователей напряжение-код – в цифровые. Именно эти преобразователи имеют обычно в виду, когда говорят об АЦП.

Процедура аналого-цифрового преобразования непрерывных сигналов, которую реализуют с помощью АЦП, представляет собой преобразование непрерывной функции времени U(t), описывающей исходный сигнал, в последовательность чисел {U'(t_j)}, j=0,1,2,:, отнесенных к некоторым фиксированным моментам времени. Эту процедуру можно разделить на две самостоятельные операции. Первая из них называется дискретизацией и состоит в преобразовании непрерывной функции времени U(t) в непрерывную

последовательность {U(t_j)}. Вторая называется квантованием и состоит в преобразовании непрерывной последовательности в дискретную {U'(t_j)}.

Уровень и направления развития микроэлектронных ЦАП и АЦП в значительной степени определялись и продолжают определяться требованиями к техническим и эксплуатационным характеристикам средств вычислительной техники, в которой они применяются. Эти требования могут существенно различаться в зависимости от назначения, принципа действия, конструктивного исполнения и условий эксплуатации конкретных устройств.

Необходимость в приеме, обработке и передаче большого объема информации в реальном масштабе времени при решении задач радиолокации, телевидения, исследования быстропротекающих процессов в различных установках привела к созданию быстродействующих и сверхбыстродействующих интегральных микросхем (ИС) ЦАП и АЦП. Решение проблем связи потребовало разработки многоканальных преобразовтелей. Прецизионные измерения, сейсморазведка, создание автоматизированных систем управления станками, уникального технологического и испытательного оборудования, аппаратуры высококачественной звукозаписи и звуковоспроизведения, многих медицинских приборов было бы невозможно без использования ИС ЦАП и АЦП с высокой разрешающей способностью. Жесткие требования по энергопотреблению и массогабаритным показателям, предъявляемые к бортовой РЭА, удовлетворяются за счет применения микромощных и функционально законченных преобразователей, не требующих для своей работы дополнительных внешних дискретных элементов и ИС. Для народного хозяйства желательно иметь номенклатуру дешевых преобразователей, не обладающих рекордными значениями электрических параметров и эксплуатационных характеристик. Микросхемы ЦАП и АЦП, устойчивые к воздействию различных внешних факторов, находят применение в РЭА специального назначения.

Основные электрические и конструктивные параметры ИС АЦП наилучшим образом характеризуют свойства самих преобразователей и через функции связи позволяют оценить достигаемые технические характеристики электронно-вычислительных устройств. Например, пропускная способность канала сбора и обработки данных Q оценивается по числу разрядов и времени преобразования используемого АЦП:

Q = b / t_c

Другой пример: максимально допустимая частота опроса каналов в системе преобразования данных (при условии одинакового времени, отводимого на опрос каждого из каналов) зависит от частоты преобразования системы, а в конечном счете – от частоты преобразования входящего в состав канала тактируемого АЦП:

f_опр = f_c / n

где n – число каналов системы.