Аналого-цифровые преобразователи параллельного типа

Аналого-цифровые преобразователи параллельного типа состоят из компараторов, число которых равно числу уровней квантования (рис.13.3). Такие АЦП наиболее быстродействующие и способны работать на частотах до 100МГц и выше.

Схема двухразрядного аналого-цифрового преобразователя параллельного типа:

рис.13.3

С помощью одинаковых резисторов R1, R2,..., RN создаются уровни квантования с шагом квантования, равным падению напряжения на одном резисторе. Шаг и уровни квантования зависят от величины опорного стабилизированного напряжения. В настоящей схеме шаг квантования составляет 1В.

CD - приоритетный шифратор. Преобразует унитарный двоичный код в натуральный двоичный, т.е. на выходе формирует код, который соответствует старшему номеру сработавшего компаратора.

Аналоговый сигнал U_x поступает одновременно на все компараторы. При этом изменяют состояние лишь те компараторы, у кого U_x>U_вх+

С помощью приоритетного шифратора на выходе формируется двоичный код номера старшего сработавшего компаратора.

Если U_x <1В, то ни один из компараторов не срабатывает. Работу АЦП можно описать таблицей 13.1.

Табл.13.1.

Ux	Ux <1В	1В< Ux <2В	2В< Ux <3В	3В< Ux <4В
а0
а1

Так как результаты АЦ-преобразования записываются, как правило, в запоминающее устройство, существует вероятность получить полностью неверную величину. Решить эту проблему можно, например, с помощью устройства выборки-хранения (УВХ). Некоторые интегральные микросхемы (ИМС) параллельных АЦП, например МАХ100, снабжаются сверхскоростными УВХ, имеющими время выборки порядка 0,1 нс.

13.1.3. АЦП последовательного счёта

Этот преобразователь является типичным примером последовательных АЦП с единичными приближениями и состоит из компаратора, счетчика и ЦАП (рис.13.4). На один вход компаратора поступает входной сигнал, а на другой - сигнал обратной связи с ЦАП.

Работа преобразователя начинается с прихода импульса запуска, который включает счетчик, суммирующий число импульсов, поступающих от генератора тактовых импульсов ГТИ. Выходной код счетчика подается на ЦАП, осуществляющий его преобразование в напряжение обратной связи U_ос. Процесс преобразования продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи не сравняется с входным напряжением (рис.13.5) и переключится компаратор, который своим выходным сигналом прекратит поступление тактовых импульсов на счетчик. Переход выхода компаратора из 1 в 0 означает завершение процесса преобразования. Выходной код , пропорциональный входному напряжению в момент окончания преобразования, считывается с выхода счетчика

рис.13.4

Время преобразования АЦП этого типа является переменным и определяется входным напряжением. Максимальное время преобразования соответствует максимальному входному напряжению и при разрядности двоичного счетчика R и частоте тактовых импульсов f_такт равно

t_{пр.макс}=(2^R-1)Т=(2^R-1)/ f_такт.

Например, при N=10 и f_такт=1 МГц t_{пр.макс}=1024 мкс, что обеспечивает максимальную частоту выборок порядка 1 кГц, Т - период импульсов генератора

рис.13.5

13.1.4. АЦП последовательного приближения.

Преобразователь этого типа, называемый в литературе также АЦП с поразрядным уравновешиванием, является наиболее распространенным вариантом последовательных АЦП. Они применяются часто, т.к. обладают высокой точностью и малым временем преобразования.

рис.13.6

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 ее. Это позволяет для R-разрядного АЦП последовательного приближения выполнить весь процесс преобразования за R последовательных шагов (итераций) вместо 2^R-1 при использовании последовательного счета и получить существенный выигрыш в быстродействии. Время преобразования состовляет .

Основу схемы (рис.13.6) составляет регистр поразрядно-уравновешенного приближения, который работает по принципу дихотомия, т.е. разделяет диапазон преобразования на части ½,1/4, 1/8 …