6.2.5 Ацп параллельного преобразования

На рисунке 6.17 изображена функциональная схема АЦП параллельного преобразования. Она прежде всего представлена цепью резисторов R1–R4 одинаковой величины. На эту цепь поступает опорное напряжение U_оп, которое распределяется резисторами таким образом, что каждая ступень эквивалентна одному кванту, причем, кванты одинаковы по величине. Преобразуемое напряжение U_преобр и уровни напряжений с резисторов, образуемые опорным напряжением U_оп, поступают на компараторы К1–К3, с выходов которых снимается параллельный N–разрядный единичный код. Число единиц в нем равно числу уровней квантования, по величине меньших значений в сравнении с U_преобр.

Полученный единичный код подается на вход дешифратора, в котором он преобразуется в двоичный с числом разрядов . В качестве дополнения к схеме рисунка 6.17 может быть регистр, в который записывается результат преобразования.

Этот вид преобразователя работает практически мгновенно, непрерывно, без пропусков, связанных с циклами. Применяют в видеотехнике, быстропротекающих процессах. Количество резисторов соответствует числу квантов преобразования. При увеличении входного напряжения U_преобр срабатывает соответствующий компаратор начиная с нижнего К3, выдается квантованное прямое преобразование аналогового сигнала в код. Достоинство схемы – высокая скорость преобразования, недостаток – повышенная стоимость. Выпускается промышленностью в интегральном виде.

Рисунок 6.17 – АЦП параллельного преобразования

6.2.6 Ацп с сигма–дельта () модуляцией

АЦП с модуляцией некритичны к точности выполнения элементов схемотехники Кроме того, применение таких преобразователей резко снижает требование к сопутствующим им аналоговым фильтрам, а необходимость в таких прецизионных элементах, как УВХ (устройство выборки–хранения), отпадает совсем.

Структурная схема модулятора 1–го порядка изображена на рисунке 6.18.

Рисунок 6.18 – Структурная схема модулятора

Функциональная схема модулятора 1–го порядка приведена на рисунке 6.19, на котором операционные усилители показаны в виде треугольников, т.е. в американском стандарте.

Рисунок 6.19 – Функциональная схема модулятора

Пусть на вход модулятора поступает аналоговый сигнал Xn, амплитуда которого изменяется в пределах от –B до +B, а полоса частот ограничена сверху величиной fв. В результате преобразования на выходе модулятора должен сформироваться одноразрядный поток данных, отражающий форму аналогового сигнала.

Если бы преобразование осуществлялось с помощью общего многоразрядного АЦП, быстродействие которого весьма ограничено, дискретизацию пришлось бы производить со скоростью, чуть большей, чем скорость Найквиста Fн=2fв, а для предотвращения модуляционных искажений на выходе устройства пришлось бы разместить сложный аналоговый ФНЧ.

В силу особенностей – модулятора преобразование с его помощью может осуществляться с частотой в десятки и сотни раз превосходящейF_H, а для предварительной фильтрации вполне достаточно фильтра 2–3 порядка.

Интегратор – это активный аналоговый ФНЧ с высоким усилением в полосе частот входного сигнала и подавлением частотных составляющих, лежащих вне этой полосы. Квантователь – это в первом приближении, компаратор с порогом срабатывания, равным “0”, выход которого может переключаться из состояния “–B” в состояние “+B”, и который подключен ко входу синхронизируемого тактовой частотой (частотой дискретизации) элемента памяти, сохраняющего это состояние в течение тактового интервала. Если предположить, что на выходе этого элемента памяти, который одновременно является и выходом модулятора, должен формироваться цифровой сигнал с уровнями, соответствующими уровням логического “нуля” и “единицы”(АЦП), то таким элементом памяти может служить обычный D–триггер. Правда, в петле обратной связи при этом понадобится отдельное переключающее устройство, выполняющее функции ЦАП (на рисунке 6.19 показано штриховой линией), который управляется цифровым сигналом, а на выходе формирует либо “–B” либо“+B”.

На выходе модулятора схемы 6.19 устанавливают дешифратор, преобразующий поток импульсов в двоичный или иной код.

На рисунке 6.20 изображена схема модулятора, преобразующая входной аналоговый сигнал в последовательность импульсов.

Рисунок 6.20 – Схема интеграторного модулятора

Эта схема практически полностью совпадает с модулятором, применяемым в АЦП преобразователях, поэтому физические процессы подобны.