11.2. Преобразователи напряжение - код.

Преобразователи напряжение - код (ПНК) или иначе аналого

- цифровые преобразователи (АЦП) - функциональные устройства,

выходной код которых пропорционален амплитуде входного сигна-

ла.

Т.к. большинство физических сигналов, амплитуда которых

преобразуется в цифровой код, представляют непрерывные функции

времени, а цифровые устройства - устройства дискретного дейс-

твия, то входные аналоговые сигналы предварительно дискретизи-

руют. Процесс дискретизации заключается в фиксации (запомина-

нии) мгновенного значения входного сигнала в определенные мо-

менты времени и сохранение зафиксированного значения до следу-

ющей выборки из входного сигнала (рис.37). Интервал дискрети-

зации tд или частота дискретизации fд (временного квантования)

должны удовлетворять теореме Котельникова:

fд > 2fв, где fв - высшая частота в спектре преобразуемо-

го сигнала. При невыполнении условия теоремы однозначное восс-

тановление исходного сигнала из дискретизированного (обратная

операция) невозможно. Практически fд превышает 2fв в 1,5..3

раза, т.е. fд ~ 3..6 fв, что значительно упрощает последующее

восстановление аналогового сигнала после цифровой обработки.

Операция дискретизации производится обычно с помощью уст-

ройств выборки - хранения (УВХ), состоящих из ключа КЛ (рис.

38), запоминающего конденсатора C и буферных усилителей A1 и

A2. Усилитель A2 должен иметь высокое входное сопротивление, а

ключ в разомкнутом состоянии - малые токи утечки. В этом слу-

чае обеспечивается длительное хранение запомненной информации.

Низкое выходное сопротивление усилителя A1 и низкое сопротив-

ление замкнутого ключа - условия, необходимые для быстрого за-

- 105 -

ряда емкости.

Преобразование амплитуды в код начинается обычно с момен-

та размыкания ключа в УВХ. Существует множество способов А/Ц

преобразования.

1) АЦП с последовательным счетом;

2) АЦП с поразрядным кодированием;

3) АЦП параллельного действия;

4) сигма - дельта АЦП.

11.2.1 АЦП последовательного счета

Наиболее медленные, однако они допускают варианты постро-

ения с интегрированием входного сигнала, что резко снижет

действие шумов, помех и наводок. Разрядность таких АЦП доходит

до 14..16 (84..96 дб). Характерным для этих АЦП является пре-

образование амплитуды входного сигнала в длительность времен-

ного интервала и счет числа импульсов образцового генератора

за этот временной интервал (рис. 39).

По сигналу "Пуск" ГПН начинает формировать линейно воз-

растающее напряжение, которое поступает на один из входов ком-

паратора и сравнивается с входным сигналом. В это же время

происходит счет импульсов генератора КГ счетчиком SТ. В тот

момент, когда напряжение ГПН становится равным напряжению

входного сигнала, счет прекращается. Код на выходе счетчика

пропорционален амплитуде входного сигнала. При этом время пре-

образования зависит от амплитуры преобразуемого сигнала (tпре-

обр ~ 1..10 мс).