Реферат на тему:
Паралельні АЦП. Послідовно-паралельні АЦП. Послідовно-паралельні АЦП.
Багатоступінчасті АЦП. Багатотактні послідовно-паралельні АЦП
АЦП цього типу проводять квантування сигналу одночасно за допомогою
набору компараторів, які увімкнені паралельно джерелу вхідного сигналу.
На рис. 3 наведено реалізацію паралельного методу АЦ-перетворення для
3-розрядного числа.
Рис.3 Схема паралельного АЦП
За допомогою трьох двійкових розрядів можна пподати вісім різних чисел,
включаючи нуль. Отже необхідно сім компараторів. Сім відповідних
еквідистантних опорних напруг утворюються за допомогою резистивного
дільника.
Якщо прикладена вхідна напруга не виходить за межі діапазону від 5/2h,
до 7/2h, де h=Uоп/7 – квант вхідної напруги, який відповідає одиниці
молодшого розряду АЦП, то компаратори з 1-го по 3-й встановлюються в
стан 1, а компаратори з 4-го по 7-й – в стан 0. Перетворення цієї групи
кодів у трьохзначне двійкове число виконує логичний пристрій, що
називається пріоритетним шифратором. Двіграма станів пріоритетного
шифратора наведена в табл.1.
Таблиця 1
Вхідна напруга Стан компараторів Виходи
Uвх/h К7 К6 К5 К4 К3 К2 К1 Q2 Q1 Q0
0
1
2
3
4
5
6
7
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Підключення пріоритетного шифратора безпосередньо до виходу АЦП може
викликати появу помилкового результату при зчитуваннї вихідного коду.
Розглянемо, наприклад, перехід від трьох до чотирьох, чи в двійковому
коді від 011 до 100. Якщо старший розряд внаслідок меншого часу затримки
змінить свій стан раніше за інші розряди, то тимчасово на виході виникне
число 111, тобто сім. Величина помилки в цьому випадку складе половину
вимірюваного діапазону.
Оскільки результати АЦ-перетворення записуються, як правило, в
запам’ятовуючий пристрій, існує ймовірність отримати повністю
неправильну величину. Рішити цю проблему можна, наприклад, за допомогою
пристрою вибірки-зберігання (ПВЗ). В деякі інтегральні мікросхеми (ІМС)
паралельних АЦП, наприклад МАХ100, монтуються надшвидкісні ПВЗ, які
мають час вибірки порядку 0,1 нс. Інший шлях полягає в використанні кода
Грея, характерною особливістю якого є зміна тільки одніюї кодової
позиції при переході від одного кодового значення до іншого. Нарешті, в
деяких АЦП (наприклад, МАХ1151) для зниження ймовірності збоїв при
параллельному АЦ-перетворенні використовується двохтактний цикл, коли
спочатку стани виходів компараторів фіксуються, а потім, після
встановлення стану пріоритетного шифратора, шляхом подачі активного
фронту на синхровхід вихідного регістра, в нього записують вихідне слово
АЦП.
Як видно з табл. 1, при збільшенні вхідного сигналу компаратори
встановлюються в стан 1 по черзі – знизу вверх. Така почерговість не
гарантується при швидкому наростанні вхідного сигналу, оскільки через
розбіжність в часі затримки компаратори можуть переключатись в іншому
порядку. Пріоритетне кодування дає можливість уникнути помилки, яка
можлива в цьому випадку, завдяки тому, що одиниці в молодших розрядах не
приймаються до уваги пріоритетним шифратором.
Завдяки одночасній роботі компараторів параллельний АЦП є самим швидким.
Наприклад, восьмирозрядний перетворювач типу МАХ104 дає можливість
отримати 1 млрд відліків за секунду при часові затримки проходження
сигналу не більше 1,2 нс. Недоліком цієї схеми є висока складність.
Дійсно, N-розрядний паралельний АЦП містить 2N-1 компараторів та 2N
узгоджених резисторів. Наслідком цього є висока вартість та значна
потужність споживання (МАХ104, наприклад, споживає біля 4 Вт).
Послідовно-паралельні АЦП
Послідовно-паралельні АЦП є компромісом між бажанням отримати високу
швидкодію та зробити це по-можливості меншою ціною.
Послідовно-паралельні АЦП займають проміжне положеня за роздільною
задтністю та швидкодією між паралельними АЦП та АЦП послідовного
наближення. Послідовно-паралельні АЦП поділяють на багатоступінчаті,
багатотактні и конвеєрні.
Багатоступінчасті АЦП
У багатоступінчастому АЦП процес перетворення вхідного сигналу
розділений у просторі. Як приклад на рис. 4 представлена схема
двоступінчастого 8-розрядного АЦП.
Рис.4 Структурна схема двоступінчастого АЦП
|
~
?
‚
?
’
”
¦
?
L
»¬h¬Dkd
Dkd
?Т?Т?снює грубе перетворення сигналу в чотири старших розряди вихідного
коду. Цифрові сигнали з виходу АЦП надходять на вихідний регістр і
одночасно на вхід 4-розрядного швидкодіючого ЦАП. У багатьох ІМС
багатоступінчастих АЦП (AD9042, AD9070 і ін.) цей ЦАП виконаний за
схемою підсумовування струмів на диференційних перемикачах, але деякі
(AD775, AD9040A і ін.) містять ЦАП з підсумовуванням напруг. Залишок від
віднімання вихідної напруги ЦАП із вхідної напруги схеми надходить на
вхід АЦП2, опорна напруга якого в 16 разів менша, ніж у АЦП1. Як
наслідок, квант АЦП2 у 16 разів менший кванта АЦП1. Цей залишок,
перетворений АЦП2 у цифрову форму являє собою чотири молодших розряди
вихідного коду. Відмінність між АЦП1 і АЦП2 полягає насамперед у вимозі
до точності: у АЦП1 точність повинна бути такий ж як у 8-розрядного
перетворювача, у той ж час як АЦП2 може мати точність 4-розрядного .
Грубо наближена і точна величини повинні відповідати тій самій вхідній
напрузі Uвх(tj). Через наявність затримки сигналу в першої ступені
виникає, однак, временнoе запізнення. Тому при використанні цього
способу вхідну напругу необхідно підтримувати постійною за допомогою
пристрою вибірки-зберігання доти, поки не буде отримано всю кількість
потрібних значень.
Багатотактні послідовно-паралельні АЦП
Розглянемо приклад 8-розрядного послідовно-паралельного АЦП, що
відноситься до типу багатотактних (рис. 5). Тут процес перетворення
розділений у часі.
Рис.5 Структурна схема двотактного АЦП
Перетворювач складається з 4-розрядного паралельного АЦП, квант h якого
визначається величиною опорної напруги, 4-розрядного ЦАП та пристрою
керування. Якщо максимальний вхідний сигнал дорівнює 2,56 В, то в
першому такті перетворювач працює з кроком квантування h1=0,16 В. У цей
час вхідний код ЦАП дорівнює нулю. Пристрій керування пересилає отримане
від АЦП у першому такті слово в чотири старших розряди вихідного
регістра, подає це слово на вхід ЦАП і зменшує в 16 разів опорну напругу
АЦП. Таким чином, у другому такті крок квантування h2=0,01 В та залишок,
що утворився при відніманні з вхідної напруги схеми вихідної напруги
ЦАП, буде перетворений у молодший напівбайт вихідного слова.
Очевидно, що використовувані в цій схемі 4-розрядні АЦП та ЦАП повинні
мати 8-розрядну точність, у противному випадку можливий пропуск кодів,
тобто при монотонному наростанні вхідної напруги вихідний код АЦП не
буде приймати деякі значення зі своєї шкали. Так само, як та в
попередньому перетворювачі, вхідна напруга багатотактного АЦП під час
перетворення повинна бути незмінною, для чого між його входом та
джерелом вхідного сигналу варто включити пристрій вибірки-зберігання.
Швидкодія розглянутого багатотактного АЦП визначається повним часом
перетворення 4-розрядного АЦП, часом спрацьовування цифрових схем
управління, часом установлення ЦАП з похибкою, що не перевищує 0,2…0,3
кванти 8-розрядного АЦП, причому час перетворення АЦП входить у
загальний час перетворення двічі. У результаті за інших рівних умов
перетворювач такого типу виявляється повільнішим за двоступінчастий
перетворювач, який розглянутий вище. Однак він простіший і дешевший. За
швидкодією багатотактні АЦП займають проміжне положення між
багатоступінчастими АЦП та АЦП послідовного наближення. Прикладами
багатотактних АЦП є тритактний 12-розрядний AD7886 згодом перетворення 1
мкс., або тритактний 16-розрядний AD1382 згодом перетворення 2 мкс.
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
