Методы аналого-цифрового преобразования.

При построении АЦП используются три основные группы методов, имеющие много разновидностей: последовательные, последовательно-параллельные и параллельные. Типичными представителями первой группы являются метод последовательного счета и следящий метод последовательного счета; второй группы - метод поразрядного кодирования (взвешивания), реализующий оптимизационный метод дихотомии. Методы третьей группы применяются редко вследствие своей аппаратурной "затратности" и только там, где требуется такое быстродействие, которое не может быть получено более экономичными средствами. В этих методах каждому дискретному уровню аналоговой величины сопоставлен отдельный компаратор (пороговый сравнитель). Поэтому ниже будут рассмотрены представители только первых двух групп.

Структурная схема АЦП, реа­лизованного на основе метода последовательного счета, приведена на рис.43, а диаграмма его работы – на рис.44.

Рис.43	Рис.44
Рис.45	Рис.46

По сигналу "Старт" счетчик и генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) обнуляются, компаратор (К) выдает сигнал, разрешающий прохождение импульсов от ГТИ, так как U_BX > U_глин. Одновременно этот сигнал является выходом "Готовность" (ГТ) АЦП. Когда U_BX = U_глин, компаратор запирает ключ, и на выходе счетчика устанавливается код

N = F_опор · U_вх / tg a, (2)

где F_опор - частота генератора тактовых импуль­сов (ГТИ). Чтобы N = U_BX численно, выбирают F_опор / tg a = 1.

Серьезным недостатком данного метода является значительное время преобразования входного аналогового напряжения в цифровой код. Он частично устраняется в следящем методе последовательного счета (см. рис.45, рис.46).

Структурная схема метода поразрядного кодирования приведена на рисунке 47, а диаграмма его работы – на рисунке 48.

Рис.47	Рис.48

Рассмотрим его работу. Пусть в первоначальном состоянии сдвиговый регистр RG хранит результат предыдущего измерения. На выходе переполнения Qпер логический "0". Импульсы от ГТИ не поступают на его синхровход "Син".

При подаче сигнала "Старт" импульс по входу "Син" опрокидывает регистр в состояние логических "1" на всех выходах. На выходе ЦАП появляется максимально возможное напряжение, а импульсы с ГТИ начинают поступать на вход "Син" регистра. В результате на вход данных "D" с компаратора подается логический "0". По второму синхроимпульсу этот ноль вдвигается в старший разряд регистра (Qст), в результате чего на выходе ЦАП напряжение уменьшается вдвое.

Этот процесс повторяется до тех пор, пока на выходе Qпер не появится логический "0", запирающий выход ГТИ. На этом процесс преобразования заканчивается и на выходе ШД находится код, эквивалентный входному аналоговому напряжению Uвх, а сдвиговый регистр переходит в устойчивое состояние. Таким образом, преобразование выполняется за количество тактов, равное разрядности ШД (сдвигового регистра).