Глава 5. Классификация ацп, методыпреобразования и построения ацп

Одним из факторов, определяющих прогресс в области циф- ровой обработки сигналов, является развитие элементной базы и, в первую очередь, совершенствование АЦП.

1. Аналого-цифровое преобразование сигналов

Цифровая обработка сигналов все шире проникает и практи- чески всецело захватывает такие области применения, как раз- личные радиотехнические системы, включая PJ1C и АФАР, сред- ства связи, телекоммуникации и измерительную технику. Основ- ное преимущество цифровых средств сбора и обработки данных по сравнению с аналоговыми – возможность создания в рамках одной аппаратной платформы набора устройств, способных из- менять выполняемые функции посредством обновления про- граммного обеспечения. Поскольку физические явления имеют аналоговый характер, одна из важных и неотъемлемых задач со- временной цифровой технологии–преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму. Поэтому развитие и расширение об- ластей применения цифровых систем обработки сигналов невоз- можно без развития средств аналого-цифровогопреобразования.

Чтобы оценить длительности сигналов, которые подвергаются преобразованию и обработке, рассмотрим время нарастания ин- тегральных микросхем, приведенное в табл. 5.1.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП или ADC) пре- образуют входной аналоговый сигнал в соответствующий ряд дискретных отсчетов – цифровой сигнал, пригодный для даль- нейшей обработки цифровыми устройствами.

Таблица 5.1

Технология изготовления	Время нарастания	Максимальная частота
ТТЛ	2 не	175 МГц
КМОП	1,5 не	230 МГц
GTL	1 не	350 МГц
LVDS	400 пс	850 МГц
ЭСЛ	100 пс	3,5 ГГц
GaAs	40 пс	8.75 ГГц
SiGe гетеропереходные	менее 1 пс	более 350 ГГц

Возможности применения цифровой обработки сигналов во многом определяются АЦП. При измерениях во временной обла- сти наиболее важна точность восстановления формы сигнала, а при измерениях в частотной области – достоверность обнаруже- ния сигналов на фоне шумов и помех. Увеличение верхней гра- ничной частоты обрабатываемых сигналов является еще одним требованием практики применения АЦП и служит стимулом к повышению их быстродействия и разрешающей способности.

Аналого-цифровой преобразователь является одним из ключе- вых компонентов, поэтому выбор АЦП требует максимального внимания. Точность АЦП зависит от ряда условий, которые включают: ошибку интегральной нелинейности, смещение, ошибку коэффициента передачи, точность опорного напряжения, температурный дрейф, характеристики по переменному току.

Интегральные АЦП выпускаются уже свыше 30 лет. Суще- ствует большое число моделей АЦП, которые различаются быст- родействием, точностью, потребляемойэнергией иценой. При выборе модели АЦП следует обратить внимание прежде всего на параметры АЦП.

Современное развитие АЦП идет как по пути увеличения ча- стоты дискретизации, быстродействия преобразователей и поло- сы частот преобразуемых сигналов, так и по пути увеличения ди- намического диапазона, чувствительности и точности АЦП. Важно также, чтобы преобразователь имел высокую чувстви- тельность и широкий динамическийдиапазон.

В последние годы происходит снижение напряжения питания и потребляемой мощности. Современные микросхемы для усиле- ния и обработки сигналов работают при напряжении питания от 5 до 1,3 В и вплоть до 0,9 В. Уменьшение напряжения питания снижает диапазон входных и выходных напряжений. Поэтому такие микросхемы более чувствительны к пульсациям напряже- ния источников питания, стабильности и точности источников, опорного напряжения,шумам и помехам.

Увеличение быстродействия обычно означает и увеличение потребляемой мощности. Одним из бурно развивающихся направлений в электронной промышленности является создание полностью интегрированных систем управления, включающих блоки для аналоговой и цифровой обработки сигнала (АЦП- ЦАП). В результате такие системы устройствадолжны иметь:

• высококачественную аналоговую периферию;

• известный набор команд на высокопроизводительном ядре;

• надежность и устойчивость вработе;

• низкое энергопотребление;

• миниатюрность корпусов микросхем;

• минимальное число требуемых внешних элементов.