АЦП последовательного счета

Принцип работы АЦП последовательного счета со счетчиком рассмотрим с использованием структурной схемы имеет следующий вид (рисунок...)

Устройство содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ), выход которого подключен к первому входу элемента 2И DD1. Выход элемента 2И соединен со счетным входом счетчика DD2, поразрядные выходы которого соединены с входами ЦАП. Выход ЦАП подключен к инвертирующему входу безгистерезисного компаратора DА, к неинвертирующему входу которого подключается источник входного напряжения, преобразуемого в код. Выход компаратора соединен со вторым входом элемента 2И DD1.

Работает АЦП следующим образом. В исходном состоянии вход установки в нуль счетчика DD2 подан активный логический сигнал. Счетчик сброшен. Его выходной код равен нулю. Равно нулю и выходное напряжение ЦАП. Поэтому, если U_вх>0, то выходе компаратора присутствует сигнал лог. 1 и тактовые и пульсы с выхода ГТИ через элемент 2И DD1 поступают на вход C счетчика. Однако, так как сигнал на входе R=0, выходной к счетчика Х≡0.

Преобразование начинается в момент снятия со входа R активного логического сигнала (импульс "Пуск"). В этом случае с приходом каждого тактового импульса с выхода ГТИ счетчик выполняет операцию инкремента. Его выходной код начинает увеличиваться. Соответственно увеличивается и выходное напряжение ЦАП (рис....).

Этот процесс продолжается до тех пор, пока выходное напряжение ЦАП не превысит величину U_вх. В этот момент компаратор DА сформирует на выходе сигнал лог. 0. В результате на выходе элемента 2И DD1 также будет сформирован сигнал лог. 0 и увеличение выходного кода счетчика прекратится.

При этом значение выходного кода счетчика будет прямо пропорционально входному напряжению U_вх и обратно пропорционально абсолютной разрешающей способности используемого ЦАП

N_вых=U_вх/α

Так как выходное напряжение ЦАП имеет форму ступенчатой функции, то напряжение N_вых должно быть округлено до ближайшего целого числа, соответствующего номеру первого уровня U*_N, превышающего значение U_вх (рис. ). Для повторения цикла преобразования необходимо импульсом "Пуск" счетчик установить в нуль.

Очевидно, что время преобразования в рассмотренном АЦП прямо пропорционально его выходному коду и периоду следования импульсов ГТИ (T_гти).

T_c=T_гтиN_вых=T_гтиU_вх/α (10)

Рассмотренный режим работы называется циклическим, так как каждый раз импульс "Пуск" сбрасывает счетчик DD2 и поэтому счет (преобразование) всегда начинается с нуля.

Если в АЦП использовать реверсивный счетчик, то можно реализовать нециклический режим работы, характеризующийся более высоким быстродействием. В этом случае на выходе счетчика постоянно присутствует код, пропорциональный текущему значению входного напряжения. Структурная схема АЦП, реализующего нециклический режим работы, показана на рис.

В отличие от АЦП, работающего в циклическом режиме, в схему дополнительно введены инвертор DD4 и еще один элемент 2И DD3.

Исходное состояние схемы аналогично состоянию циклического АЦП. Счетчик DD2 сброшен. Выходное напряжение ЦАП U_ORN=0 и на вход "+1" счетчика DD2 поступает последовательность выходных импульсов ГТИ. При снятии активного логического уровня с входа R счетчика его выходной код начинает увеличиваться. Увеличивается и выходное напряжение ЦАП.

Этот процесс протекает до момента t₁ (рис. ), в который U_ORN>U_вх. Срабатывание компаратора DА приводит к тому, что на выходе элеме 2И DD1 формируется пассивный для входа "+1" счетчика DD2 сигнал.

Одновременно инвертор DD4 формирует на нижнем входе элемента DD3 сигнал лог. 1. В результате этого на вход "-1"счетчика DD2 начинают поступать импульсы ГТИ. При этом счетчик выполняет операцию декремента и его выходной код начинает уменьшаться. Уменьшается и напряжение ЦАП. В момент нарушения неравенства U_вх>U_ORN происходит очередное переключение компаратора DА и счетчик начинает увеличивать свой выходной код.

Таким образом, с момента прихода импульса "Пуск" до момента t₁ оба рассмотренных АЦП работают одинаково. Однако после t₁ выходной код нециклического АЦП постоянно следит за изменением входного напряжения, что значительно снижает его время преобразования.

Общим недостатком рассмотренных схем является длительность интервала t₁, в течение которого выходной код счетчика должен достичь значения, эквивалентного входному напряжению. Причем увеличение точности требует увеличения разрядности пользуемых счетчика и ЦАП и ведет к падению быстродействия рассмотренных устройств. Вследствие сказанного, данный тип АЦП при разработке ИС не используется.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 865; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!