6.1.3 Цап с сигма–дельта модуляцией
Это имульсный класс интегральных преобразователей (рисунок 6.8). Слово “сигма” – сумма, “дельта” – схема работает на импульсном принципе.
а)
б)
Рисунок 6.8 — Схема сигма–дельта модулятора, а); графики процессов преобразования (ЦАП), б)
На вход подается сигнал h(t) (график 1 рисунка 6.8,б). Элементом 11 с инверсией производится преобразование, как на втором графике на рисунке 6.8, б). Тактовый сигнал с одной стороны подается на нижний вход &1, верхний &2; с другой стороны проинвертированный инвертором 12 на ключ S3 (графики 3, 4). Выходы логических элементов &1, &2 выдают импульсы, представленные пятым и шестым графиками на рисунке 6.8, б), которые управляют ключами S1 и S2. На выходе ключей S1 и S2 включен конденсатор С1, емкость которого в тысячи раз меньше емкости С2 интегратора на ОУ.
Через ключи S1 и S2 происходит заряд С1 малой величины от источников +В или –В, соответствующей полярности. Замыкается ключ S3, передает заряд конденсатора С1 в С2. Заряд на С1 представлен седьмым графиком рисунка 6.8, б), а заряд С2 соответственно – восьмым графиком. Из восьмого графика следует, что импульсы сигнала первого графика преобразуются в аналоговый сигнал восьмого графика, т.е. осуществляется операция ЦАП. Достоинства схемы – несложность, высокая точность преобразования, стабильность.
6.1.4 Цап с прямым преобразованием
Отличаются несложностью схем, однако имеют невысокую точность преобразования. Один из вариантов прямого преобразования на рисунке 6.9.
Рисунок 6.9 — ЦАП с прямым преобразованием
В схему вводится реверсивный счетчик, в котором периодически (циклически) параллельным образом записывается цифровой код. На протяжении действия цикла на счетчик, работающий в режиме вычитания (реверсивного считывания) поступают тактовые импульсы fT, следовательно, на выходе счетчика выводятся импульсы, количество которых определяется цифровым кодом, записанным параллельным образом. Интегратор считает эти импульсы, на его выходе выделяется аналоговое напряжение, пропорциональное записанному в счетчике коду. Один из серьезных недостатков этого принципа – цикличность. Т.е. преобразователь не учитывает того, что происходит с сигналом на протяжении действия части цикла. Другие недостатки – невысокое быстродействие, большая погрешность.
6.2 Аналого–цифровые преобразователи
6.2.1 Следящие ацп
Пример следящих АЦП приведен на рисунке 6.10.
Рисунок 6.10 — Следящие АЦП, а); следящее аналогово–цифровое преобразование, б)
Преобразуемый аналоговый сигнал подается на минус–вход ОУ, который в сущности работает в качестве компаратора. Выход ОУ в плюс или минус области управляет реверсивным счетчиком: счет “+” или счет “–”. Код этого счетчика воздействует на вход ЦАП, последний выдает в сущности тот же аналоговый сигнал, но ступенчатый, который затем поступает на плюс–вход ОУ. Если больше входной сигнал на минус–входе, то счетчик считает в прямом направлении; если больше выход ЦАП , то счетчик считает в обратном направлении. Выход – это код счетчика. На графике рисунка 6.10, б) сначала квантованная прямая до пересечения с аналоговым сигналом, а затем слежение за уровнем аналогового сигнала.
Достоинства: непрерывное слежение и выдача выхода;
Недостаток: невысокая точность (≈0,5 ÷ 1%), присущая следящим системам, поэтому в интегральных микросхемах этот способ не применяется.