1.5.2 Ацп поразрядного кодирования

В основе построения АЦП поразрядного кодирования лежит регистр последовательного приближения (РПП).

Если вместо счётчика в структурной схеме на рисунке 7 использовать РПП, выход компаратора подать на вход сравнения РПП, ГТИ подключить ко входу синхронизации РПП, то получится АЦП поразрядного кодирования, или, как его ещё называют, АЦП последовательного приближения.

Вспомнив алгоритм работы РПП, легко увидеть, что число импульсов, не­обходимое для выполнения преобразования, равно разрядности выходного кода АЦП, то есть время преобразования

.

Очевидно, что это время не зависит от входного напряжения и существенно меньше времени, необходимого для преобразования в АЦП последовательного счета.

Ввиду своей достаточной простоты и хорошего быстродействия данный тип АЦП находит широкое применение при разработке ИС.

1.5.3 Ацп параллельного действия

Данный тип АЦП реализует метод непосредственного считыва­ния и является на сегодняшний день самым быстродействующим. Классический принцип его работы поясняется рисунком 11.

Устрой­ство содержит 2^b – 1 компараторов К, на объединенные инверти­рующие входы которых подается входной преобразуемый сигнал. На неинвертирующие входы компараторов подаются напряжения, численно равные уровням квантования . В результате с выходов компаратора снимается параллельный N-разрядный единич­ный код. Число единиц в нем равно числу уровней квантования по величине меньших значений U_ВХ.

Полученный единичный код подается на вход преобразователя кода (ПК), в котором он преобразуется в двоичный с числом разрядов b = lоg₂N. С выхода ПК двоичный код подается на вход регистра, с выхода которого он и считывается. Перезапись кода ПК в регистр происходит по сигналу «Запись». Этот сигнал подается в схему после того, как все переходные процессы, связанные со срабатыванием компараторов и получением двоичного кода, завершены.

Рисунок 11 – Структурная схема ЦАП параллельного действия

Для получения напряжений, равных уровням квантования в схеме, использован делитель напряжения на N одинаковых рези­сторах, подключенный к выходу источника эталонного напряже­ния U_REF. Формирование в данном АЦП выходного кода одновременно по всем разрядам предполагает получение максимально возможного быстродействия. Его время преобразования определяется только структурой ПК и собственным быстродействием ис­пользуемой элементной базы.

Следует заметить, что повышение точности работы АЦП дан­ного типа всегда связано со значительными аппаратными затра­тами. Так, для построения 8-разрядного АЦП необходимо 255 компараторов. Реально общее число элементов в ИС такого АЦП достигает порядка , а потребляемая мощность 2,5 Вт.

На практике компромисс между быстродействием и сложно­стью схемы разрешается в так называемых параллельно-последовательных схемах АЦП.

Принцип их работы основан на выделении в АЦП нескольких самостоятельных структур (групп). Например, при двух структурах первая осуществляет грубое преобразование, формируя старшие разряды выходного кода, вторая формирует младшие разряды выходного кода. На ее вход подается разность входного напряжения и напряжения с выхода дополнительного ЦАП, преобразующего в аналоговую величину код старших выходных разрядов. Для повышения точности преобразования эта разность усиливается в 2^l раз, l – разрядность кода на выходе первой «грубой» структуры.

Такое решение позволяет при приемлемой сложности реализа­ции увеличить число выходных разрядов АЦП до 10…12. Реальное время преобразования в АЦП параллельного типа достигает 10…20 нc.