7.Последовательный ацп со ступенчатым пилообразным напряжением.
Этот преобразователь является типичным примером последовательных АЦП с единичным приближениями (рис. 1) и состоит из компаратора, счетчика и АЦП. На вход компаратора поступает входной сигнал, а на другой - сигнал обратной связи с ЦАП. Работа преобразователя начинается с прихода импульса запуска, который включает накопительный счетчик . Выходной код последнего подается на ЦАП, осуществляющий его преобразование в напряжение обратной связи. Процесс преобразования продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи сравняется с входными напряжениями и сработает компаратор, который своим выходным сигналом прекратит поступление счетных импульсов на счетчик и осуществит считывание с его выходного кода, представляющего цифровой эквивалент входного напряжения в момент окончания преобразования.
Рис.7 Структурная схема последовательного АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением (а) и временная диаграмма, поясняющая его работу (б)
На этом рисунке цифрами обозначено: 1 - источник опорного напряжения; 2 - ЦАП (преобразователь код - напряжение); 3 - генератор счетных импульсов; 4 - схема управления; 5 - счетчик.
Время преобразования АЦП этого типа является переменным и определяется входным напряжением. Его максимальное значение соответствует максимальному входному напряжению и при числе двоичных разрядов счетчика m и периоде следования счетных импульсов tСЛ равно
.
Например, при m=10 и tСЛ=1 мкс (соответствует fСЛ = 1 МГц) tПР.МАКС=1024мкс, что обеспечивает максимальную частоту работы АЦП порядка 1 кГц.
Статическая погрешность преобразования определяется суммарной статической погрешностью используемых ЦАП и компаратора, при этом надо иметь в виду, что частоту счетных импульсов необходимо выбирать с учетом завершения переходных процессов в них.
Таким образом, общими особенностями последовательных АЦП с единичными приближениями являются небольшая частота дискретизации, достигающая несколько килогерц, и малые статические погрешности порядка шага квантования 10...12-ти разрядных АЦП. Достоинством АЦП данного класса является сравнительная простота построения, определяемая последовательным характером выполнения процесса преобразования. Их основные области применения - цифровые вольтметры постоянного тока и цифровые системы, предназначенные для работы с постоянными и медленно изменяющимися напряжениями.
8.Ацп последовательных приближений.
Преобразователь этого типа является наиболее распространенным вариантом последовательных АЦП с двоично-взвешенными приближениями (Рис. 8).
В основе работы этого класса преобразователей лежит принцип дихотомии, т.е. последовательного сравнения измеряемой величины с 1/2,1/4, 1/8 и т.д. от возможного максимального значения её. Это позволяет для m - разрядного АЦП выполнить весь процесс преобразования за m последовательных шагов приближений (итераций) вместо 2m-1 при использовании единичных приближений и получить существенный выигрыш в быстродействии. Так, уже при m=10 выигрыш достигает двух порядков и позволяет получить с помощью таких АЦП в зависимости от числа используемых разрядов до 105 - 106 преобразований в секунду. В то же время статическая погрешность этого типа преобразователей, определяемая в основном используемым в нем ЦАП, может быть очень малой, что позволяет реализовать разрешающую способность до 16 двоичных разрядов.
Таким образом, данный класс АЦП представляет определённый технический компромисс между точностью и быстродействием для значительно большего числа практических приложений, поэтому находит широкое применение как при построении цифровых измерительных приборов, так и при работе совместно с устройством выборки и запоминания в различных областях цифровой обработки быстро изменяющихся сигналов и процессов.
Рис. 8 Структурная схема АЦП последовательных приближений:
ЦАП (преобразователь код - напряжение);
источник опорного напряжения;
генератор тактовых импульсов;
программное устройство управления.
Рис. 9 Структурная схема 3 - разрядного параллельного АЦП.