Главная  Интегральный монолит 

[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] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [ 75 ] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

poBoro преобразования. Однако не все они отвечают требованиям интегральной технологии. При разработке интегральных АЦП разработчик сталкивается с принципиальной особенностью, заключающейся в том, что любой АЦП содержит аналоговые и цифровые схемы. Поскольку вследствие различия технологических процессов быстродействующие цифровые и аналоговые схемы, вообще говоря, не могут быть изготовлены одновременно на одном и том же кристалле, для изготовления АЦП больще подходит гибридная, а не полупроводниковая интегральная технология. В случае применения гибридной интегральной технологии аналоговая и цифровая части схемы преобразователя могут быть изготовлены на различных кристаллах.

Аналого-цифровые преобразователи, удовлетворяющие требованиям интегральнойтехнологии, могут быть разделены на следующие четыре типа:

1. Параллельные с обратной связью.

2. Последовательные с обратной связью.

3. С косвенным преобразопа-нием.

4. Непосредственного сравнения.

В последующих параграфах будут кратко рассмотрены преобразователи каждого из этих типов.

10-9. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ АЦП С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Большинство выпускаемых АЦП построено по схеме параллельного АЦП с обратной связью. В цепи обратной связи АЦП этого типа имеется ЦАП. Среди параллельных АЦП с обратной связью можно выделить три основных разновидности: следящий АЦП; АЦП с генера-ротом линейно-нарастающего напряжения; АЦП поразрядного взвешивания.

Следящий АЦП (рис. 10-13) использует реверсивный двоичный

счетчик, выходной цифровой сигнал которого при помощи цифро-аналогового преобразователя вновь преобразуется в аналоговый сигнал, подаваемый на вход дифференциального компаратора. Начиная с нуля, счетчик отсчитывает тактовые импульсы. Получающееся в результате суммирования импульсов-двоичное число при помощи ЦАП преобразуется в напряжение Uq и сравнивается с текущим значением входного напряжения Ua. Когда напряжение Uo достигнет значения, равного Ua, компаратор срабатывает и прекращает счет импульсов. Цифровой выходной сигнал счетчика, обеспечивающий равенство [/о= =-Ua, является выходным цифровым словом, соответствующим входному аналоговому напряжению. Необходимо отметить, что в. этом случае источник эталонного напряжения [/дт входит в ЦАП как его составная часть. При входном сигнале, соответствующем верхней границе диапазона, АЦП этого типа является довольно инерционным, т. е. в этом случае необходимо отсчитывать (2-1) импульсов. Однако при малых приращениях входных сигналов такие АЦП весьма быстродействующие. Например, в случае изменения входного напряжения на малую величину АЦП может отследить его всего за несколько тактовых импульсов. По-

Аналп-

гаВый Дчффвреициамныи Вход - компаратор

Реверсивный счетчик

Управление реВерсом счетчика

ТактоВые-импульсы - XLfL

Рис. 10-13. Структурная схема следящего АЦП с цифро-аналоговым преобразователем в цепи обратной связи.



этому АЦП этого типа и называется «следящим».

Аналого-цифровой преобразователь с генератором линейно-нарастающего напряжения представляет собой упрощенный вариант следящего АЦП. Вместо реверсивного двоичного счетчика в нем используется обычный двоичный счетчик. В каждом цикле преобразования счетчик сбрасывается на нуль и снова начинает отсчитывать тактовые импульсы. При этом на выходе ЦАП образуется ступенчатое линейно-нарастающее напряжение. Когда выходной сигнал ЦАП становится равным входному аналоговому напряжению, счетчик блокируется, причем последнее двоичное число счетчика является цифровым эквивалентом входного аналогового сигнала. В отличие от следящего АЦП с генератором ступенчатого линейно-нарастающего напряжения сбрасывается на нуль в каждом цикле преобразования. Поэтому он не имеет такого высокого быстродействия при отработке малого приращения сигнала, как следящий АЦП.

Преобразователи поразрядного взвешивания. Цифровой эквивалент входного аналогового напряжения формируется путем пробной установки единицы последовательно во всех разряда.х, начиная со старшего. Блок-схема такого устройства приведена на рис. 10-14. В первом такте преобразования единица устанавливается на старшем разряде. Если Ua>Uo, выходной сигнал компаратора не изменяется и единица в старшем разряде сохраняется. В противном случае единица в старшем разряде заменяется на нуль и начинается следующий такт преобразования, в котором 1 предварительно устанавливается в следующем разряде. Таким образом, процесс последовательного приближения продолжается до тех пор, пока не будут определены значащие цифры всех разрядов. Как показано на рис. 10-14, логическая

схема, которая определяет, оставить ли в данном разряде единицу или заменить ее на нуль, состоит из компаратора и узла формирования последовательности опроса. В преобразователе этого типа в течение каждого такта определяется значащая цифра одного разряда, начиная со старшего. Команды компаратора на установку (сохранение) или сброс единицы на каждом этапе преобразования определяют значащую цифру соответствующего двоичного разряда. Следовательно, его выход представляет собой цифровой эквивалент входного напряжения в последовательном коде. Можно показать, что для обеспечения разрешающей способности двоичных разрядов требуется выполнить не более N последовательных приближений. Поскольку каждое приближение вьшолняется в течение одного такта, длительность цикла преобразования такого преобразователя довольно мала, т. е. она меньше или равна длительности N тактовых импульсов. Это позволяет значительно увеличить быстродействие ЦАП данного типа по сравнению с параллельными ЦАП с обратной связью двух других типов. Однако это увеличение достигнуто за счет усложнения схемы. В начале каждого цикла преобразования регистр числа сбра-

ПослеВодатем- Г ный цифровой -1-Выход

.TTLTL ТактоВые импульсы


Рис. 10-14. АЦП поразрядного взвешивания.



сывается на нуль и весь цикл преобразования повторяется снова с начала до конца. Поэтому в отличие от следящего АЦП преобразователь этого типа не обладает повышенным быстродействием при отработке малых приращений входного сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь поразрядного взвешивания является самым универсальным из трех рассмотренных типов преобразователей, поскольку он имеет наибольшее быстродействие и обеспечивает представление сигнала как в параллельном, так и последовательном коде.

10-10. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ АЦП С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

В цепи обратной связи последовательных АЦП с обратной связью не требуется использовать ЦАП. Разрядный коэффициент каждого последующего двоичного разряда в этом случае определяется путем передачи на вход по цепи обратной связи величины, полученной при определении коэффициентов предыдущих разрядов. Известны две разновидности последовательных АЦП с обратной связью: циклические АЦП и АЦП с уравновешиванием зарядов, аналого-цифровые преобразователи с обратной связью. Ниже будут кратко описаны только циклические.

В циклическом последовательном АЦП с обратной связью в начальный момент преобразования в узле запоминания фиксируется мгновенное значение входного напряжения С/а. Величина этого напряжения запоминается в течение времени, необходимого для определения разрядного коэффициента fci НБЗР. Данная операция выполняется путем вычитания половины эталонного напряжения [/эт/2 из напряжения Пл. При этом fci=l, если [/а[/эт/2, и bi=0, если Ua<.

После определения коэффициента fci па основании полученной ве-

личины этого коэффициента и величины входного напряжения Ua, которая еще хранится в узле запоминания, формируется новое вспомогательное напряжение U.

и,2{и- Ы"Л-Ьг-f), (10-36)

где bi - двоичная цифра, отличная от hi.

Это новое вспомогательное напряжение Uz фиксируется в узле запоминания вместо содержавшегося в нем ранее мгновенного значения входного напряжения. С этого момента начинается процесс определения разрядного коэффициента bz. Второй разрядный коэффициент bz определяется путем сравнения напряжений Uz и С/эт/2, причем bz= = 1, если [/2>[/эт/2, и 62=0, если С/2<С/эт/2.

После того, как определен разрядный коэффициент bz, формируется новое вспомогательное напряжение U3.

U, = 2(u,-b,-\-hy (10-37)

которое фиксируется в узле запоминания вместо напряжения Uz. Затем начинается процесс определения разрядного коэффициента следующего разряда и т. д. до тех пор, пока не будет определено требуемое количество разрядных- коэффициентов. После определения разрядного коэффициента N-to разряда устройство возвращается в исходное состояние и начинается новый цикл преобразования, в котором фиксируется новое текущее значение входного напряжения Ua-Необходимо отметить, что в преобразователе данного типа промежуточные разрядные коэффициенты Ьг определяются при помощи сравнения вырабатываемого преобразователем вспомогательного напряжения Ui с эталонным напряжением С/эт/2. Величина вспомогательного напряжения Ui в свою очередь определяется при помощи рекур-



[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] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [ 75 ] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0009