Аналого-цифровые преобразователи(АЦП)

АЦП преобразуют входной аналоговый сигнал в цифровой код и предназначены для согласования аналоговых систем с цифровыми система и обработки информации. АЦП широко применяются в промышленных системах управления, цифровых системах связи, РЛО, РНО, станках с ЧПУ.

Параметры АЦП:

· Разрядность (число разрядов) АЦП – округленный до целого числа двоичный логарифм номинального числа значений выходного кода N: .

· Характеристикой преобразования АЦП – зависимость между значениями аналогового и выходного кода (как и у ЦАП) может быть задана математически или графиком. Она определяется шагом квантования – разностью напряжений заданного и следующего за ним межкодового перехода. А погрешность квантования – погрешность, вызванная значением шага квантования, определяемая как половина АМР (амплитуды напряжения младшего разряда).

Точностные параметры АЦП.

Эти параметры АЦП характеризуются несоответствием идеальной и действительной характеристики преобразования для конкретной реализации АЦП:

1) Напряжение смещения нуля ( ) – это напряжение, определяющее параллельный сдвиг характеристики преобразования оси абсцисс. Напряжение смещения обусловлено в компараторе и отклонением сопротивления первого резистора делителя .

2) Отклонение коэффициента преобразования характеризуется погрешностью преобразования в конечной точке характеристики. Это обусловлено и отклонением сопротивлений резисторов в другом конце делителя

3) Апертурная погрешность определяется неопределённостью между значением входного сигнала в момент выборки и значением фактически преобразуемой величины аналогового сигнала.

 

Динамические параметры АЦП:

1) Время преобразования – это время с момента начала появления сигнала на входе АЦП до появления на выходе устойчивого цифрового кода.

2) Время задержки запуска – это время с момента подачи сигнала на вход АЦП до того момента времени, при котором выходной код отличается от номинального не более чем на значение статической погрешности. Оно определяется переходными процессами во входных цепях АЦП.

3) Время цикла кодирования – время, в течение которого осуществляется непосредственное преобразование установившегося значения входного сигнала. Оно определяется задержкой передачи сигнала в составных блоках АЦП.

4) Частота дискретизации – это максимальная частота преобразования входного сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы ( например, нелинейность, монотонность)

5) Апертурное время – время, в течение которого сохраняется неопределённость между моментами выборки входного сигнала и момента времени, к которому оно относится. Физически это определяется инерционностью токовых переключателей и компараторов. Из-за различных значений апертурного времени в разных точках характеристики преобразования появляется дополнительная динамическая погрешность.

Эксплутационные параметры АЦП

При эксплуатации АЦП необходимо учитывать минимальный временной интервал между преобразованиями, который характеризует время возвращения АЦП в исходное состояние и может влиять на частоту дискретизации.

Для устойчивой работы АЦП необходимо выполнить ограничения на следующие эксплутационные параметры:

1) Правильность выбора напряжения питания и соблюдение последовательности включений источников питания.

2) Диапазон изменений ,.

3) импульсов

4) и импульсов

5) Используемый цифровой код.

 

Классификация АЦП

 

По временному процессу преобразования аналоговой величины в цифровуюАЦП делятся:

· последовательные

· параллельные

· последовательно-параллельные

 

По структуре построения АЦП:

· с применением ЦАП

· без ЦАП

 

Последовательные АЦП позволяют получить высокую разрядность, но обладают низким быстродействием. Параллельные АЦП обладают самым высоким быстродействием, что достигается усложнением схемы при увеличении разрядности. А это приводит к увеличению потребляемой мощности и резистора кристалла.

В последовательно-параллельных АЦП используется сочетание методов последовательного и параллельного преобразования. Это позволяет уменьшить объём параллельных преобразований и увеличить быстродействие последовательных. Однако их существенные недостатки: большое число линейных узлов, которые необходимо согласовать друг с другом; требования к точности привели к тому, что такие АЦП в интегральном исполнении практически не выпускаются.

 

АЦП в зависимости от области применения:

- преобразователи электрических величин (U, I, R)

- преобразователи интервалов времени

- преобразователи перемещений

- преобразователи следящего типа.

Наиболее экономичная и простая структурная схема АЦП с применением ЦАП:

Рисунок 2.49 Схема АЦП с применением ЦАП

Работа АЦП заключается в сравнении измеряемого аналогового напряжения (в нашем случае с амплитудой 3В) с аналоговым эквивалентом цифрового кода, поступающего с выхода ЦАП на второй вход компаратора. Таблица истинности показывает, как должен работать АЦП. На его выходе находится счётчик. На первой вход компаратора подаётся входной аналоговый сигнал, которое преобразуется в течение N тактов, а на второй вход – ступенчатый аналоговый сигнал с выхода АЦП.

Если , то тактовые импульсы через логическую схему “И“ поступают на вход счётчика. Счётчик подсчитывает прошедшие тактовые импульсы, увеличивая цифровой сигнал на выходе АЦП. Счёт продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе ЦАП ( ) не превысит аналоговое входное напряжение.

Основными недостатками простейшей структуры АЦП является относительно невысокая точность и большое время преобразования.

 

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Аналого-цифровые преобразователи.
2. Тема 6.2 Аналого-цифровые преобразователи