АЦП с время-импульсным преобразованием, хронометры на их основе.

АЦП с времяимпульсным преобразованием. В основу времяим­пульсного метода положено преобразование измеряемой величины в интервал времени, заполняемый затем импульсами со стабильной часто­той следования, (счетными импульсами). АЦП, использующие этот метод, применяются для преобразования временного интервала, на­пряжения, частоты, разности фаз и других величин в код.

Класс точности 0,005

Упрощенная функциональная схема АЦП с времяимпульсным преоб­разованием

Она включает в себя два преоб­разователя. Первый преобразует входную величину X в интервал вре­мени Δt, второй — интервал времени Δt в последовательность импуль­сов (цифровой код) N.

Если структура первого преобразователя может быть различной в зависимости от вида входной величины X, то струк­тура преобразователя временной интервал — код одинакова для всех АЦП:

Временной интервал Δt_х = Стоп - Старт задается двумя короткими импульсами — опор­ным (в момент времени Старт) и интервальным (в момент времени стоп).

Эти импульсы поступают на блок формирования, вырабатываю­щий прямоугольный импульс длительностью Δt_х. Ука­занный прямоугольный импульс подается на один из входов вре­менного селектора. На другой вход временного селектора от генератора счетных импульсов постоянно поступает последова­тельность счетных импульсов со строго определенной частотой сле­дования.

Счетные импульсы могут проходить через временной селектор на выход только тогда, когда селектор открыт прямоугольным импульсом. Каждому временному интервалу ставится в соответствие последовательность определенного числа импульса на выходе АЦП, т.е. цифровой код.

Хронометр — механические часы с особо точным ходом (погрешность составляет ±5 секунд в сутки, в то время как у обычных часов ±20 секунд).

Суммарная погрешность описанного выше АЦП определяется следующими основными факторами:

1) нестабильностью частоты следования счетных импульсов, Чтобы практически устранить эту погрешность, применяют генератор счетных импульсов с кварцевой стабилизацией.

2) погрешностью преобразования измеряемого временного интервала в длительность прямоугольного импульса, открывающего временной селектор.

Эта составляющая погрешности обусловлена влиянием помех на работу формирователя прямоугольных импульсов. Основным элементом формирователя прямоугольных импульсов является триггер. На момент переброса триггера из одного состояния в другое может влиять помеха, которая складывается с напряжением, поступающим на вход формирователь прямоугольных импульсов. Поэтому длительность прямоугольного импульса, воздействующего на временной селектор, может несколько отличаться от временного интервала Δt_х. Это отличие приводит к погрешности, которая носит случайный характер. Для ее уменьшения следует по возможности увеличивать отношение сигнал/помеха на входе формирователь прямоугольных импульсов.
3) погрешностью дискретности.

Эта погрешность является следствием того, что числовое значение временного интервала Δt_х непрерывной аналоговой величины заменяется целым числом периодов Т₀. Поскольку интервал Δt_х в общем случае не кратен Т₀, то возникает погрешность дискретности. Существуют способы уменьшения погрешности дискретности. Самый прямой связан с увеличением частоты следования счетных импульсов; к сожалению, существенному продвижению в этом направлении препятствуют технические сложности создания высокочастотной аппаратуры. Применяется также синхронизация счетных импульсов с началом дискретизирующего временного интервала; это позволяет вдвое уменьшить значение погрешности дискретности. Имеются и другие, более сложные, но зато и более эффективные способы.