АЦП последовательного приближения.

В основе работы этого класса преобразователей лежит принцип дихотомии, т.е последовательного сравнения измеряемой величи­ны с 1/2, 1/4, 1/8 и т.д. от возможного максимального ее значения, благодаря чему для N-разрядного АЦП последовательного прибли­жения можно выполнить весь процесс преобразования за N после­довательных шагов (итераций) вместо при использовании пос­ледовательного счета и получить существенный выигрыш в быст­родействии. В то же время статическая погрешность этого типа пре­образователей, определяемая в основном используемым в нем ЦАП, может быть очень малой, что позволяет обеспечить высокую разре­шающую способность.

Структурная схема и временные диаграммы АЦП

последовательного приближения

Рассмотрим принципы построения и работы АЦП последователь­ного приближения на примере классической структуры (рис. 6.8,а) 4-разрядного преобразователя, состоящего из трех основных узлов: компаратора, регистра последовательного приближения (РПП) и ЦАП. После подачи команды «Пуск» с приходом первого тактового импульса РПП принудительно задает на вход ЦАП код, равный по­ловине его шкалы (для 4-разрядного ЦАП это = ). Благодаря этому напряжение на выходе ЦАП. Эта величина составляет половину возможного диапазона преобразуемых сигналов. Если входное на­пряжение больше, чем эта величина, то на выходе компаратора ус­танавливается 1, если меньше — то 0. В этом последнем случае схе­ма управления должна переключить старший разряд обратно в состояние нуля. Непосредственно вслед за этим остаток таким же образом сравнивается с ближайшим младшим разрядом и т.д. После четырех подобных выравнивающих шагов в регистре последовательного приближения оказывается двоичное число, из которого после цифроаналогового преобразования получается на­пряжение, соответствующее с точностью до 1 ЕМР

Последовательные ЦАП

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) предназначены для преобразования числа в двоичном коде в пропорциональное ему напряжение или ток. Очень часто ЦАП входит в состав микропроцессорных систем. Если не требуется высокого быстродействия, цифроаналоговое преобразо­вание можно очень просто осуществить с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Схема ЦАП с ШИМ

Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах Рассмотренная выше схема ЦАП с ШИМ вначале преобразует цифровой код во временной интервал, который формируется с по­мощью двоичного счетчика квант за квантом, поэтому для получе­ния N-разрядного преобразования необходимы временных квантов (тактов). Схема последовательного ЦАП, приведенная на рис. 10.3, позволяет выполнить цифроаналоговое преобразование за значительно меньшее число тактов.

В этой схеме емкости конденсаторов и равны. Перед нача­лом цикла преобразования конденсатор разряжается ключом . Входное двоичное слово задается в виде последовательного кода. Его преобразование осуществляется последовательно, начиная с млад­шего разряда . Если требуется сохранять результат преобразования сколько-нибудь продолжительное время, к выходу схемы следует подклю­чить УВХ. После окончания цикла преобразования следует провес­ти цикл выборки, перевести УВХ в режим хранения и вновь начать преобразование. Таким образом, представленная схема выполняет преобразование входного кода за 2N квантов, что значительно мень­ше, чем у ЦАП с ШИМ. Здесь требуется только два согласованных конденсатора небольшой емкости. Конфигурация аналоговой час­ти схемы не зависит от разрядности преобразуемого кода. Однако по быстродействию последовательный ЦАП значительно уступает параллельным цифроаналоговым преобразователям, что ограничи­вает область его применения.