АЦП с двухтактным интегрированием

АЦП с двухтактным интегрированием

АЦП с интегрированием находят широкое применение в промышленности. Схемы их построения разнообразны, при этом число тактов интегрирования может применяться от двух до пяти. Наибольшее распространение получили АЦП с двухтактным интегрированием.

В таких АЦП вход интегратора обычно подключается к земле, к источнику входного сигнала или к источнику опорного сигнала, а выход через компаратор - к формирователю длительности счёта, т. е. работа состоит из трёх циклов. В первом цикле (обнуление) выход интегратора обнулён, напряжение смещения нуля устанавливается, как правило, равным нулю, вследствие чего эта фаза называется фазой автокомпенсации нуля.

АЦП с двухтактным интегрированием

После прихода импульса “ЗАПУСК” начинается первый такт работы. В этом такте входное напряжение интегрируется за фиксированный интервал времени Тинт, длительность которого задаётся формирователем длительности интегрирования. Напряжение на выходе интегратора описывается соотношением:

Tинт

Uвых(t) = (-1/(R*C))* Uвх(t)*dt.

0

По окончании процесса интегрирования напряжение на конденсаторе равно:

_____

Ucк = (Uвх(t)*Tинт)/(R*C).

АЦП с двухтактным интегрированием

Во втором такте происходит разряд конденсатора от источника опорного напряжения Uоп, который имеет полярность

противоположную входному напряжению. Второй такт начинается по заднему фронту выходного сигнала формирователя длительности интегрирования. По этому фронту через формирователь длительности счёта открывается элемент “И”, а импульсы генератора начинают поступать на счётчик, который подсчитывает их количество. Начинается разряд конденсатора по закону:

_____

Uc=Ucк- (Uоп*t)/(R*C) = [Uвх(t)*Tинт]/(R*C) - (Uоп*t)/(R*C) .

Разряд конденсатора продолжается до появления на нем нулевого напряжения, после чего на выходе компаратора формируется положительный импульс, которым блокируется прохождение импульсов на счётчик.

АЦП с двухтактным интегрированием

Длительность разряда конденсатора определим из условия:

_____

Uc= [Uвх(t)*Tинт]/(R*C) - (Uоп*tразр)/(R*C) = 0.

Она равна

____

tразр = [Uвх(t)*Tинт]/ Uоп.

Из анализа последнего соотношения следует, что длительность разряда конденсатора пропорциональна значению входного напряжения.

АЦП с двухтактным интегрированием

Основной особенностью является высокая помехоустойчивость, обусловленная усреднением АИ всех быстрых по сравнению с временем интегрирования помех, наводок и шумов. В частности, синхронизируя работу такого АЦП с частотой сети и выбирая T=i/50 кратное периоду частоты питающей сети, можно полностью подавить наводки, проходящие по цепям питания.

Параллельные АЦП

Параллельные АЦП

Квантование сигнала осуществляется с помощью набора компараторов, включённых параллельно источнику сигнала.

Пороговые уровни компараторов устанавливают с помощью резистивных делителей. Количество компараторов n зависит от значения опорного напряжения Uоп и шага квантования h:

n = Uоп/h.

Пороговые уровни компараторов выбирают из условия:

Uni = h *i.

Таким образом, если Uc превышает значение Uni, то срабатывают компараторы, пороговые уровни которых Uni Uc.

Параллельные АЦП

Выходные сигналы с компараторов устанавливают в единичное состояние соответствующие разряды n-разрядного регистра. В регистре образуется число, пропорциональное значению входного сигнала, которое затем с помощью преобразователя кодов преобразуется в параллельный двоичный код.

Достоинства АЦП параллельного типа - высокое быстродействие, которое определяется временем срабатывания компараторов и быстродействием цифровых элементов, входящих в регистр и преобразователь кодов. Однако это быстродействие достигается за счёт значительных аппаратных затрат.

Промышленностью выпускаются различные АЦП параллельного типа, например, К1107ПВ2, представляющий собой 8-разрядный АЦП параллельного типа. Частота преобразования не превышает 20МГц.

АЦП последовательно-параллельного типа

Разряды выходного кода разбиваются на несколько групп. Внутри каждой группы применяется параллельное преобразование, но группа за группой работают последовательно во времени. При этом резко сокращаются аппаратные затраты по сравнению с АЦП параллельного типа, а быстродействие уменьшается незначительно, так как полное время преобразования

Tпр=n*tпр,

где n - количество групп;

tпр - время преобразования одной группы.