|
|
|
Главная Компьютер [0] [1] [ 2 ] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ АЦП Необходимость встраивать высококачественные аналого-цифровые преобразователи в изделия и товары широкого потребления (электробытовые приборы, автомобили, средства телекоммуникации и т.п.), которые всё в большей степени основываются на цифровых технологиях, заставила изготовителей полупроводниковых элементов применить новые подходы к решению проблемы. В настоящее время за цену менее двадцати долларов можно купить АЦП в корпусе с восемью выводами, причем возможности Существует множество способов для преобразования аналогового сигнала - электрического напряжения или тока, изменяющегося плавно и непрерывно - в поток цифровых данных, представляющий собой дискретную кодированную последовательность импульсов. На практике чаще всего используется аналого-цифровое преобразование с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). В этом случае процесс начинается с представления непрерывного сигнала в виде последовательности отсчетов, которые берутся через определенный промежуток времени (иначе говоря, с определенной частотой дискретизации). Эту функцию выполняет схема, называемая устройством выборки-хранения. Запоминая мгновенное значение входного сигнала (чаще всего на конденсаторе), это устройство обеспечивает сохранение величины взятого отсчета на время процесса оцифровки. Процесс оцифровки состоит в представлении амплитуды каждого отсчета в форме двоичного кодового слова с определенным количеством разрядов. Способ, используемый для выполнения такой оцифровки, и определяет возможности, сложность и цену аналого-цифрового преобразователя. В семидесятых годах первые АЦП представляли собой большие печатные платы или, в лучшем случае, большие гибридные модули, которые обычно очень дорого стоили. Полупроводниковые интегральные микросхемы АЦП, пришедшие им на смену, тоже поначалу были довольно дороги, причем выпускались они в неудобных корпусах с большим количеством выводов. Даже теперь это остается актуальным, но только для некоторых типов АЦП с очень высокими характеристиками (разрешение, быстродействие, число входов); гораздо более простые и дешевые модели появились лишь несколько лет назад. этих преобразователей могут быть оценены довольно высоко. Их используют, в частности, для работы с самыми современными компонентами - RISC-микроконтроллерами и цифровыми сигнальными процессорами (ЦСП). Главная особенность таких АЦП состоит в организации управления по одно- или двухпроводной последовательной шине (SPI, Microwire, PC и т.п.), а не через параллельный интерфейс, требующий наличия одного вывода микросхемы на каждый разряд шины управления. Конечно, такой способ передачи битов данных -один за другим по одному проводу - ограничивает скорость обмена информацией, хотя и здесь можно достичь скорости передачи данных порядка 1 Мбит/сек. На практике, с учетом свойств и возможностей схем дискретизации и квантования, не стоит рассчитывать на преодоление барьера в несколько десятков тысяч измерений в секунду, что в среднем соответствует частоте дискретизации 20 кГц. Таким образом, эти электронные компоненты не стоит сравнивать со сверхскоростными АЦП типа «flash» или «video», но они, тем не менее, относятся к классу быстродействующих АЦП. Поэтому при разрядности от 8 до 12 бит они прекрасно подходят для решения большинства задач в области создания виртуальных измерительных приборов. На рис. 2.1 приведена структурная схема стандартных последовательных АЦП, выполненных в корпусах с восемью выводами. Логическое управляющее устройство со встроенным тактовым генератором управляет работой схемы преобразования, функционирующей по принципу последовательного приближения. Этот принцип состоит в постепенном пошаговом накоплении в промежуточном регистре данных двоичного кодового слова, соответствующего соотношению входного аналогового напряжения (разности меду уровнями напряжения на дифференциальных входах ANALOG+IN и ANALOG-IN) и опорного напряжения (разности между уровнями напряжения на дифференциальных входах REF+ и REF-). Цикл преобразования начинается с фиксации уровня входного аналогового напряжения в устройстве выборки-хранения, а затем преобразователь начинает формировать содержимое регистра. Процесс накопления кодового слова занимает некоторое время, называемое временем преобразования. На практике как минимум один из выводов ANALOG-IN или REF- технологически соединен с общим проводом (GND), 2-546 Аналоговый вход (инвертирующий) ©- ANALOG-IN ANALOG+IN Аналоговый вход (нвинввртирующий) Опорное REF+ напряжение @ (полсжительное) REF- Опорное напряжение " (отрицательное) Vre Напряжение питания (поломштвльное) последовательного приближения (см. рис. 2.2) Блок питания Устройство выборки-хранения Регистр данных -@GND Общий Селектор данных и выходной каскад Логическое управляющее устройство и встроенный тактовый генератор 1Д) CLOCK Q Синхроимпульсы вывода информации CS 0 Выбор кристалла -©DATA OUT Выход данных S. 25 Рис. 2.1. Структурная схема последовательного АЦП [0] [1] [ 2 ] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] 0.0017 |