Параллельный АЦП с изменяемым диапазоном.
Лабораторная работа №5. Изучение принципов работы АЦП.
Цель работы:изучение принципов аналого-цифрового преобразования c помощью программы моделирования основных схем АЦП.
Основные сведения
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) – это преобразователи, предназначенные для кодирования непрерывной информации в цифровой код (параллельный или последовательный).
Классический АЦП (С обнулением на каждом шаге).
Этот тип преобразователей относится к категории преобразователей со сравнением дискретных уровней напряжения с Uвх. Процесс преобразования начинается с записи содержимого счетчика в запоминающий регистр. Затем счетчик сбрасывается и на выходе ЦАП устанавливается напряжение Uц = 0. После этого запускается тактовый генератор в логическом устройстве и содержимое счетчика начинает увеличиваться, пока справедливо неравенство Uвх > Uц. Как только Uц достигнет Uвх, изменится выходное напряжение компаратора A1 и содержимое счетчика прекратит увеличиваться. Полученное таким образом цифровое слово на выходе счетчика и будет результатом преобразования напряжения Uвх в код. В следующем цикле преобразования нового значения Uвх это цифровое слово по сигналу записи, формируемому логическим устройством, будет перенесено в запоминающий регистр. Таким образом, максимальное время преобразования такого АЦП равно (2N – 1) tT, где tT – период тактовых импульсов, а N – разрядность выходного кода.
|
|
|
Следящий АЦП.
Следящий АЦП отличается от классического АЦП только наличием реверсивного счетчика. Это позволяет начать отсчет не от UЦ = 0, а от UЦ = UОП / 2. После окончания преобразования счетчик не обнуляется, и в следующем такте происходит преобразование лишь приращения сигнала относительно предыдущего, то есть АЦП следит за изменением входного сигнала. Выходное напряжение компаратора A1 в этом случае будет определять направление счета в зависимости от того, больше или меньше Uц входного напряжения. Время преобразования для максимального значения UВХ равно tT 2N - 1 .
Стоит упомянуть, что перед схемой АЦП, приведенной выше, в 90 процентов случаев стоит УВХ (усилитель выборки-хранения), предназначенный для квантования аналогового сигнала по уровню.
Параллельный АЦП (АЦП непосредственного сравнения).
Основными элементами N – разрядного параллельного АЦП являются 2N - 1 компараторов напряжения. На один из двух дифференциальных входов каждого компаратора подается индивидуальное опорное напряжение. Разность между опорными напряжениями двух соседних компараторов составляет UОП / 2N .
 |
|
|
|
Время преобразования в таком АЦП определяется временем переключения компаратора и задержкой логической схемы (шифратора) и, следовательно, сравнительно невелико. Однако высокое быстродействие достигается ценой значительных аппаратурных затрат и большой потребляемой мощностью.
Параллельный АЦП с изменяемым диапазоном.
Схема является компромиссом между преобразователями замкнутого типа и параллельного кодирования. Во время первого цикла преобразования ЦАП1 установлен на максимальное значение выходного напряжения, а ЦАП2 установлен на нуль. Uоп приложено к цепочке резисторов, и на K1-K7 подается 1/8Uоп, 2/8Uоп … 7/8Uоп. Определяются три старших разряда.
Например, e(t) = 0,525 Uоп. При этом, для компараторов K1-K4 Uоп> Uопi, для компараторов K5-K7 Uоп< Uопi. На выходах K1-K4 положительное напряжение, K5-K7 – отрицательное. Преобразователь определяет, что 0,5Uоп< e(t) <0,625Uоп. На втором такте преобразования на ЦАП1 – 5/8Uоп, на ЦАП2 – 1/2Uоп. Для компараторов K1-K7: 0,5156Uоп, 0,5312Uоп … 0,609Uоп, т.е. разница между напряжениями делится на 8 частей. Определяются 4, 5, 6 разряды. В третьем такте преобразования на ЦАП1 и ЦАП2 устанавливаются напряжения 0,5156 и 0,5312. В данном примере при наличии 7 компараторов преобразование производится за три такта. Разрешающая способность такого АЦП – 9 разрядов.
|
|
|
В общем случае, разрешающая способность параллельного АЦП с изменяемым диапазоном определяется следующим образом:
[1/(M+1)]S,
где M — число компараторов, а S -- число тактов.
Преобразователь, приведенный ниже, может также обеспечить преобразование в 12-разрядный код за четыре такта или в 15-разрядный код – за пять тактов.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 263; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!