5.5.2. Аналого - цифровые преобразователи
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Существует несколько типов АЦП: последовательный; параллельный, параллельно – последовательный.
АЦП последовательного счета реализуется в соответствии со структурной схемой, представленной на рис.5.16, а.
Счетные импульсы с выхода генератора счетных импульсов (ГСИ) через схему И заполняют счетчик, на выходе которого формируется код с нарастающим весом.
Этот код постоянно присутствует на входе ЦАП. Аналоговое напряжение, соответствующее входному коду, с выхода ЦАП поступает на один из входов аналогового устройства сравнения (компаратора). На второй вход компаратора подается преобразуемый аналоговый сигнал. При совпадении напряжений с выхода ЦАП и преобразуемого сигнала компаратор закрывает схему И, при этом поступление счетных импульсов прекратится. Код на выходе счетчика является цифровым эквивалентом значения (отсчета) входного сигнала.
В параллельных АЦП используется набор аналоговых компараторов и шифратор, рис.5. 17.
Неинвертирующие входы ОУ компараторов объединены, на них одновременно подается входной сигнал, подлежащий оцифровке.
На инвертирующие входы ОУ компараторов подается индивидуальное опорное напряжение от резистивного делителя. Разность между опорными напряжениями двух соседних компараторов равна шагу квантования.
Компараторы, у которых входное напряжение превысит соответствующее опорное напряжение, выдают логическую единицу, остальные компараторы вырабатывают уровень логического ноля. Шифратор CD преобразует последовательность единиц и нолей в двоичный код.
Достоинством такой схемы является высокое быстродействие. Основной недостаток схемы – большое число компараторов.
В последовательно – параллельных схемах АЦП используется сочетание методов последовательного и параллельного преобразования, что увеличивает быстродействие последовательных преобразователей и уменьшает объем параллельных.
5.5.3. Параметры ацп и цап
К основным параметрам АЦП и ЦАП следует отнести :
максимальное напряжение UМАХ (входное для АЦП и выходное для ЦАП);
число разрядов кода n ;
разрешающую способность и погрешность преобразования.
Под разрешающей способностью ЦАП понимают выходное напряжение, соответствующее единице в младшем разряде входного кода
,
где 2n – 1 – максимальный вес входного кода. Очевидно, чем больше n, тем меньше Δ и тем точнее выходным напряжением может быть представлен входной код.
Тот же параметр АЦП представляет собой входное напряжение, соответствующее приращению выходного кода на единицу в младшем разряде. В данном случае Δ – наименьшая различимая ступенька входного напряжения. Приращение меньшего уровня АЦП не зарегистрирует. В этой связи разрешающую способность отождествляют с чувствительностью АЦП.
Погрешность преобразования имеет статическую и динамическую составляющие. Статическая составляющая включает в себя методическую погрешность квантования (дискретности) и инструментальную погрешность от не идеальности элементов преобразователей.
Погрешность квантования составляет половину разрешающей способности. Инструментальная погрешность не должна превышать погрешность квантования.
Динамическая составляющая погрешности связана с быстродействием преобразователя (со временем, затрачиваемым на получение результата) и скоростью изменения входного сигнала. Чем больше быстродействие преобразователя и чем меньше скорость изменения сигнала, тем меньше динамическая составляющая погрешности.
Очевидно, что за период частоты максимальной спектральной составляющей входного сигнала преобразователь, в соответствие с требованием теоремы Котельникова, должен не менее двух раз осуществить опрос входного сигнала. Обычно выбирают АЦП с таким временем преобразования, за которое сигнал изменяется не более, чем на величину разрешающей способности.