1. Функциональная схема;

б) эпюры напряжений.

Время преобразования t_пр переменно и зависит от уровня входного аналогового сигнала U_вх. Максимальное время преобразования

t _{пр max} = T₀ (2ⁿ - 1) ,

где Т₀ – период следования тактовых импульсов с генератора Г; n – разрядность счетчика и собственно АЦП.

Хотя развертывающий АЦП работает в так называемом старт-стопном режиме, при необходимости возможна организация его циклического самозапуска. Недостаток данной модификации АЦП – низкое быстродействие (каждый цикл преобразования неизбежно начинается с нуля).

Следящий АЦП (рис. 2.15) представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью.

a)

Рис. 2.15. Следящий АЦП:

а) функциональная схема;

б) эпюры напряжений.

Схема сравнения аналоговых сигналов СС осуществляет управление пропуском тактовых импульсов с генератора Г на суммирующий (+) или вычитающий(-) входы реверсивного счетчика РС путем “замыкания” либо “размыкания” логических ключей Кл1 и Кл2. Критерием управления является текущее соотношение между величинами U_ЦАП и U_вх. Логика работы СС заключена в табл. 2.1, откуда следует, что если U_ЦАП< U_вх, то разрешается пропуск импульсов на суммирующий вход РС, в результате чего U_ЦАП неизбежно “настигает” U_вх снизу. При обратном соотношении между U_ЦАП и U_вх импульсы поступают на вычитающий вход РС, и U_ЦАП “настигает” U_вх сверху. Как только U_ЦАП и U_вх сравниваются по величине (в пределах одной “ступеньки”), “размыкаются” оба ключа: и Кл1, и Кл2.

Таблица 2.1

Уровни сигналов на выходах сс следящего ацп.

Соотнашение между UЦАП и UВХ	Выходы СС
	1	2
UЦАП < UВХ	«0»	«1»
UЦАП = UВХ	«0»	«0»
UЦАП > UВХ	«1»	«0»

В результате такой АЦП позволяет значительно сократить время преобразования в сравнении с развертывающим АЦП, поскольку не начинает каждый раз с нуля, а следит во времени за входным аналоговым сигналом. Вместе с тем и следящий АЦП не лишен недостатка: он характеризуется малым быстродействием при выходе на режим слежения (см. рис. 2.15, б – начальный участок ступенчатого графика U_ЦАП), поэтому крайне неэффективен при использовании в многоканальных ИИС.

АЦП поразрядного уравновешивания (рис. 2.16), работающий в старт-стопном режиме, обладает высоким быстродействием. Для него

t_{пр max} = T₀ n .

Цикл преобразования начинается с приходом управляющего импульса Старт, который запускает генератор импульсов Г. Генератор Г тактирует перемещение сигнала логической “1” по сдвиговому регистру СР в направлении от старшего разряда к младшему (на схеме – снизу вверх).

С регистра СР через соответствующий логический ключ Кл эта логическая “1” записывается в выходной регистр памяти РП, если при этом справедливо соотношение U_вх>U_ЦАП . Если же U_вх<U_ЦАП, то данный разряд РП записывается логический “0”. Управление записью “1” или “0” осуществляет схема сравнения СС. Таким образом формируется цифровой код на выходе АЦП, начиная со старшего разряда. Данный процесс аналогичен процессу взвешивания на чашечных весах с помощью набора гирь, потому и АЦП получил такое название.

Чем выше разрядность n АЦП, тем выше его точность, поскольку основная погрешность АЦП обусловлена погрешностью дискретизации (“ступенька” ЦАП), но при этом снижается быстродействие.

Рис. 2.16. АЦП поразрядного уравновешивания:

а) функциональная схема;

б) эпюры напряжений.

Чрезмерное увеличение n может привести к тому, что элементарная “ступенька” окажется неразличимой на фоне наводок и помех. Реально, n от 10 до 12, t_пр составляет единицы и десятки мкс.