Аналого- цифровые преобразователи (АЦП)

АЦП применяются в измерительных системах и измерительно- вычислительных комплексах для согласования аналоговых источников сигналов с цифровыми устройствами обработки информации.

Наиболее простым является АЦП развертывающего типа:

Развертывающее АЦП переводит аналоговый сигнал в цифровой последовательно, начиная с младшего разряда, до цифрового кода на выходе, соответствующего уровню входного аналогового напряжения. Очевидно, что такое АЦП работает очень медленно.

Одним из наиболее распространенных является метод поразрядного взвешивания, называемый также методом последовательного приближения.

В АЦП, построенном этим методом, код в регистре результата меняется не последовательно, а так что бы обеспечить по возможности более быстрое уравновешивание входного напряжения, напряжением получаемым с выхода ЦАП, присоединенного к упомянутому регистру. Уравновешивание начинается со старшего разряда. В этот разряд записывается «1» и оценивается знак разности преобразуемого сигнала и уравновешивающего сигнала ЦАП. Если уравновешивающий сигнал больше, то происходит сброс «1» и переходят к следующему, более младшему разряду. Если меньше, то «1» сохраняется и переходят к следующему младшему разряду, опять осуществляется проверка и т.д., пока не будет проверен последний самый младший разряд. Тогда на выходе ЦАП будет искомый код, соответствующий входному аналоговому сигналу. Это более быстрое АЦП, т.к. выходной код формируется за число тактов равное числу разрядов регистра и не зависит от величины Uвх. Функциональная схема такого АЦП имеет вид:

Еще более быстродействующим является АЦП параллельного преобразования. Метод параллельного преобразования позволяет строить быстродействующие, хотя и сложные в реализации АЦП.

Принцип такого АЦП поясним на примере.

Предположим Uвх=0…8 В, а число разрядов двоичного числа n=3, т.е. 000…111. Тогда каждому из 8-ми поддиапазонов соответствует интервал напряжения 1В. Код 001 означает, что Uвх=1…2В.

В состав АЦП параллельного преобразования входит делитель Uоп, вырабатывающий m-1 уровней (m=2ⁿ) поддиапазонов и m-1 компараторов, устанавливающих соотношения между преобразуемым напряжением Uвх и этими уровнями. Выход компараторов подключается к шифратору (DC):

Интегрирующие АЦП.

Интегрирующие АЦП уступают по быстродействию преобразователям последовательного приближения, но они имеют следующие преимущества:

§ минимальное число необходимых точных компонентов;

§ высокая помехоустойчивость;

§ отсутствие дифференциальной нелинейности;

§ низкая стоимость;

§ высокую точность.

Эти свойства интегрирующих АЦП определили их широкое применение для построения измерительных приборов и систем невысокого быстродействия (от 1-го до нескольких тысяч измерений в секунду), для которых главное высокая точность и нечувствительность к помехам.

Интегрирующее АЦП, как правило состоит из двух компонентов: преобразователя напряжения или тока в частоту или длительность импульсов (время) и преобразователя частоты (длительности) в код. Структуру их можно показать так:

или