Вы вошли на сайт, как Гость
Регистрация

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Аналоговое и цифровое представление сигнала

5. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Главным компонентом схемы аналогового ввода является аналого-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП оцифровывает входной аналоговый сигнал, то есть преобразует аналоговое напряжение в цифровую величину и хранит эту величину в FIFO буфере до тех пор, пока она не будет передана в память компьютера. Во время высокоскоростного сбора данных FIFO буфер предотвращает потерю данных из-за задержек прерывания, которые могут возникнуть при передаче данных в память компьютера. УСД используют различные методы аналого-цифрового преобразования. Наиболее частот используемые методы это: последовательного приближения, параллельный, последовательно-параллельный, двойного интегрирования и дельта-сигма модуляции.

Метод последовательного приближения

АЦП последовательного приближения - наиболее популярный тип АЦП, используемый в УСД, поскольку его отличают высокое быстродействие и высокая точность при вполне умеренной стоимости. На рисунке А-12 изображена схема 8-разрядного АЦП последовательного приближения.

Преобразователь последовательного приближения использует технику, похожую на определение веса объекта при помощи набора гирь. Например, предположим, что у вас имеется четыре гири 1 г, 2 г, 4 г и 8 г. Вы помещаете объект на одну чашу весов, а наибольшую гирю на другую. Если стрелка весов не сдвинулась, вы помещаете еще одну гирю с наибольшим весом. Если стрелка сдвинулась, то вы убираете эту гирю и ставите вместо нее гирю полегче. Это продолжается до тех пор, пока весы не будут уравновешены. Подсчитав число гирь с соответствующими весами, вы определите вес объекта.

8-разрядный преобразователь последовательного приближения работает подобным же образом. Регистр последовательных приближений устанавливает все восемь разрядов ЦАП в 0. Затем, начиная с самого старшего разряда (ССР), каждый бит устанавливается в 1, и компаратор (Комп) сравнивает выходное напряжение. Если напряжение ЦАП не превышает входного, то бит остается равным 1, в противном случае он устанавливается в 0. Цифровой код, представляющий входное аналоговое напряжение, выводится после того, как все п разрядов будут проверены. В случае 8-разрядного АЦП этот процесс обычно занимает меньше 2 мкс. На рис. отображена последовательность преобразования 8-разрядным АЦП последовательного приближения.

Параллельный и последовательно-параллельный методы

Самый быстродействующий АЦП - это параллельный (flash) АЦП. При использовании n-разрядного АЦП входное напряжение подается одновременно на 2n-1 компараторов. Как показано на рис. ниже, каждый из компараторов сравнивает входное напряжение с различным опорным напряжением. Опорные напряжения последовательных компараторов кодируют разряды выходного напряжения. Если входное напряжение больше или равно опорного напряжения, выход компаратора равен 1, в противном случае - 0. Шифратор транслирует выходные сигналы компараторов в цифровой код. Параллельные преобразователи обычно имеют не более 8 разрядов выходного кода. При большем числе разрядов АЦП становятся чрезмерно дорогостоящими и громоздкими. Для удешевления продукта применяются последовательнопараллельные АЦП, которые используют смешанную технику, что, однако, приводит к уменьшению быстродействия по сравнению с параллельными АЦП.

Интегрирующий АЦП

Другой метод аналого-цифрового преобразования - интегрирующий - использует интегрирование для оцифровки входного сигнала. АЦП такого типа имеют ряд преимуществ - высокое разрешение, хорошую линейность и подавление помех с использованием усреднения. Однако есть и серьезный недостаток - низкая скорость преобразования. Поэтому интегрирующие АЦП преимущественно используются в качестве цифровых вольтметров или других устройств, не требующих большой частоты измерений.

Дельта-сигма модуляция

Самая современная технология в АЦП - это использование дельта-сигма преобразования. АЦП такого типа используют дельта-сигма модуляторы совместно с фильтрами защиты от наложения спектров и цифровыми фильтрами. Они обеспечивают высокую частоту дискретизации, высокую точность и наилучшую линейность среди всех типов АЦП. Например, АЦП такого типа имеет разрешение 16 бит на частоте 48 кГц с полным отсутствием дифференциальной нелинейности.

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика