1.8 Ацп последовательного приближения
Аналого-цифровой преобразователь - устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC).
Как правило, АЦП - электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом, следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.
АЦП последовательного приближения или АЦП с поразрядным уравновешиванием содержит: - электронный ключ; - компаратор; ГТИ - генератор тактовых импульсов; СТ - счётчик импульсов; ЦАП - цифроаналоговый преобразователь.
Рисунок 10 –АЦП последовательного счета
В АЦП основанных на принципе последовательного счёта, измеряемая величина UX сравнивается с другой однородной величиной, получаемой в результате сложения одинаковых приращений, число которых при равенстве сравниваемых величин (с погрешностью до единичного приращения) принимается за числовое значение измеряемой величины. Сравнение осуществляется компаратором. Величина, предназначенная для сравнения с измеряемой, формируется цифроаналоговым преобразователем (ЦАП).
Перед началом измерения выходной цифровой код счетчика сбрасывается в ноль подачей на его вход R импульса сброса. При этом устанавливается равным нулю и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя, а компаратор соответственно в состояние, разрешающее прохождение импульсов с генератора через электронный ключ на счетчика. В дальнейшем с приходом каждого счетного импульса код на выходах счетчика увеличивается на единицу, в соответствии с увеличением этого кода ступенчато растет и напряжение на выходе ЦАП. В момент времени, когда напряжение на выходе ЦАП станет равным или чуть больше входного напряжения состояние компаратора изменится, прохождение импульсов на счетчик прекратится. Если напряжение на выходе ЦАП UЦАП, соответствующее коду счетчика, становится равным величине входного напряжения UХ, то код, зафиксированный на выходах счетчика, будет соответствовать результату измерения. Выходной сигнал компаратора рассматривается в качестве сигнала готовности результата измерения. При этом полученный цифровой код NХ поступает на устройство отображения.
Запуск счета импульсов может осуществляться автоматически, путем подачи соответствующего импульса от внешней управляющей системы или нажатием кнопки запуска счета.
Время измерения определяется количеством разрядов выходного кода (дискретностью кодирования) и временем установки напряжения на выходе ЦАП. При средней разрядности (8-10 двоичных разрядов) и времени установки современных ЦАП в единицы микросекунд время преобразования таких вольтметров составляет от 0,5 до 5 миллисекунд. Главным достоинством вольтметра последовательного счета является простота.
1.8.1 Выбор компаратора
В качестве компаратора для АЦП данного типа выбираем ИС К554 СА3. Может работать от любых источников напряжения от +5 до –30 В. Пригоден для обслуживания любых микросхем умеренного быстродействия. Электрические параметры и предельно допустимые режимы эксплуатации компаратора приведены в таблицах 8 и 9.
Таблица 8 – Электрические параметры компаратора.
-
Номинальное напряжение питания Ucc1 Ucc2
15 В +10% -15 В +10%
Напряжение смещения нуля
не более 6 мВ
Остаточное напряжение
не более 1,5 В
Ток потребления
от источника питания Ucc1
от источника питания Ucc2
не более 6 мА
не более 5 мА
Средний входной ток
не более 100 нА
Разность входных токов
не более 10 нА
Время задержки выключения
не более 300 нс
Коэффициент усиления напряжения
не менее 1,5.105
Таблица 9 – Предельно допустимые режимы эксплуатации компаратора.
-
Напряжение питания Ucc1 Ucc2
13,5...16,5 В -13,5...-16,5 В
Значение статического потенциала
200 В
Максимальное входное дифференциальное
30 В
Синфазное входное напряжение
+15 В
Температура окружающей среды
-45...+85 °C
