Реферат на тему:
Конвеєрні АЦП. АЦП послідовного відліку
Швидкодія багатоступінчастого АЦП можна підвищити, застосувавши
конвеєрний принцип багатоступінчастої обробки вхідного сигналу. У
звичайному багатоступінчастому АЦП (рис. 4) спочатку відбувається
формування старших розрядів вихідного слова перетворювачем АЦП1, а потім
йде період установлення вихідного сигналу ЦАП. На цьому інтервалі АЦП2
простоює. На другому етапі під час перетворення залишку перетворювачем
АЦП2 простоює АЦП1. Ввівши елементи затримки аналогового та цифрового
сигналів між ступенями перетворювача, отримаємо конвеєрний АЦП, схема
8-розрядного варіанта якого наведена на рис. 6.
Рис.6 Структурна схема конвеєрного АЦП
Роль аналогового елемента затримки виконує пристрій вибірки-зберігання
ПВХ2, а цифрового – чотири D-трігери. Трігери затримують передачу
старшого напівбайта у вихідний регістр на один період тактового сигналу
CLK.
Сигнали вибірки, що сформовані із тактового сигналу, надходять на ПВХ1
та ПВХ2 у різні моменти часу (рис. 7). ПВХ2 переводиться в режим
збереження пізніше, ніж ПВХ1 на час, рівний сумарній затримці поширення
сигналу по АЦП1 та ЦАП. Задній фронт тактового сигналу керує записом
кодів у D-трігери та вихідний регістр. Повна обробка вхідного сигналу
займає біля двох періодів CLK, але частота появи нових значень вихідного
коду дорівнює частоті тактового сигналу
Рис.7 Діаграми роботи конвеєрного АЦП
Таким чином, конвеєрна архітектура дозволяє істотно (у кілька разів)
підвищити максимальну частоту вибірок багатоступінчастого АЦП. Те, що
при цьому зберігається сумарна затримка проходження сигналу, яка
відповідає звичайному багатоступінчастому АЦП із рівною кількістю
ступеней, не має істотного значення, тому що час наступної цифрової
обробки цих сигналів усе рівно багаторазово перевершує цю затримку. За
рахунок цього можна без програшу у швидкодії збільшити кількість
ступеней АЦП, понизивши розрядність кожної ступені. У свою чергу,
збільшення кількості ступеней перетворення зменшує складність АЦП.
Дійсно, наприклад, для побудови 12-розрядного АЦП із чотирьох
3-розрядних необхідно 28 компараторів, тоді як його реалізація з двох
6-розрядних зажадає 126 компараторів
Конвеєрну архітектуру має велика кількість багатоступінчастих АЦП, які
випускаються в даний час. Зокрема, 2-ступеневий 10-розрядний AD9040А, що
виконує до 40 млн. перетворень у секунду (Мпс), 4-ступеневий
12-розрядний AD9220 (10 Мпс), що споживає всього 250 мвт, та ін. При
виборі конвеєрного АЦП варто мати на увазі, що багато з них не
допускають роботу з низькою частотою вибірок. Наприклад, виробник не
рекомендує роботу ІМС AD9040А с частотою перетворень менше 10 Мпс,
3-ступеневого 12-розрядного AD9022 з частотою менше 2 Мпс і т.д. Це
викликано тим, що внутрішні ПВХ мають досить високу швидкість розряду
конденсаторів збереження, тому робота з великим тактовим періодом
приводить до значної зміни перетворюваного сигналу в ході перетворення.
АЦП послідовного відліку
6
8
h=
h=
– h=
h=
h=
h=
ja6 h=
h=
j?- h=
h=
j h=
h=
h=
h=
h=
h=
h=
6
:
?
gd=
$a$gd=
вим прикладом послідовних АЦП із одиничним наближенням та складається з
компаратора, лічильника та ЦАП (рис. 8). На один вхід компаратора
надходить вхідний сигнал, а на інший – сигнал зворотного зв’язку з ЦАП.
Рис.8 Структурна схема АЦП послідовного відліку
Робота перетворювача починається з приходу імпульсу запуску, який
включає лічильник, котрий підсумовує кількість імпульсів, які надходять
від генератора тактових імпульсів ГТІ. Вихідний код лічильника подається
на ЦАП, що здійснює його перетворення в напругу зворотного зв’язку Uос.
Процес перетворення продовжується доти, поки напруга зворотного зв’язку
зрівняється з вхідною напругою та переключиться компаратор, який своїм
вихідним сигналом припинить надходження тактових імпульсів на лічильник.
Перехід виходу компаратора з 1 у 0 означає завершення процесу
перетворення. Вихідний код, який пропорційний вхідній напрузі в момент
закінчення перетворення, зчитується з виходу лічильника.
Час перетворення АЦП цього типу є змінним та визначається вхідною
напругою. Його максимальне значення відповідає максимальній вхідній
напрузі та при розрядності двійкового лічильника N та частоті тактових
імпульсів fтакт дорівнює:
tін.макс=(2N-1)/ fтакт (5)
Наприклад, при N=10 та fтакт=1 МГц tін.макс=1024 мкс., що забезпечує
максимальну частоту вибірок порядку 1 кГц.
Статична похибка перетворення визначається сумарною статичною похибкою
використовуваних ЦАП та компаратора. Частоту лічильних імпульсів
необхідно вибирати з урахуванням завершення перехідних процесів в них.
При роботі без пристрою вибірки-зберігання апертурний час збігається з
часом перетворення. Як наслідок, результат перетворення надзвичайно
сильно залежить від пульсацій вхідної напруги. При наявності
високочастотних пульсацій середнє значення вихідного коду нелінійно
залежить від середнього значення вхідної напруги. Це означає, що АЦП
даного типу без пристрою вибірки-зберігання придатні для роботи з
постійними чи такими, що повільно змінюються напругами, які за час
перетворення змінюються не більш, ніж на значення кванта перетворення.
Таким чином, особливістю АЦП послідовного відліку є невелика частота
дискретизації, що досягає декількох кілогерц. Перевагою АЦП даного класу
є порівняльна простота побудови, обумовлена послідовним характером
виконання процесу перетворення.
Використана література:
Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая
школа, 1978.
Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной
электроники. -М.: Высшая школа, 1975.
Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.
Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Высшая
школа, 1988.
Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: высшая
школа, 1982.
Гершунский В.С. Основы электроники. – К.: Вища школа, головн. из-во,
1982.
Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.:Энергоатомиздат, 1985.
Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. – М.: Высшая школа,
1986.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
