3.5.2. Последовательно-параллельные ацп

Недостаток параллельного метода состоит в том, что число компараторов экспоненциально возрастает с возрастанием длины кодового слова (разрядности двоичного числа). Для 8-разрядного преобразователя требуется, например, уже 2⁸-1=255 компараторов. Можно значительно уменьшить аппаратурные затраты, снизив скорость преобразования. Для этого комбинируют параллельный метод и метод двоично-взвешенного приближения.

П ри построении 8-разрядного преобразователя по последовательно-параллельному принципу в первом шаге параллельно преобразуется четыре старших разряда кода (рис. 3.29). Результат представляет собой грубо квантованное значение входного напряжения. Из него с помощью ЦАП образуется соответствующее аналоговое напряжение, которое вычитается из входного напряжения. Остаток представляется в цифровой форме вторым 4-разрядным АЦП.

Если разность между грубо приближенным значением и входным напряжением усилить в 16 раз, можно использовать два АЦП с одним и тем же диапазоном входного напряжения. Различие между обоими преобразователями заключается, конечно, в требовании к точности: у первого АЦП она должна быть почти такой же, как у 8-разрядного преобразователя, так как иначе полученную разность не будет иметь смысла квантовать с меньшим (в данном случае в 16 раз) шагом квантования.

Грубо приближенная и точная выходные величины должны, естественно, соответствовать одному и тому же входному напряжению U_вх(t). Из-за наличия задержки сигнала в первой ступени возникает, однако, временное запаздывание. Поэтому при использовании этого способа входное напряжение с помощью устройства выборки-хранения поддерживается постоянным до тех пор, пока не будет получено все число.

При разработке последовательно-параллельных АЦП кроме задач, возникающих при проектировании любого типа АЦП, возникают задачи выбора структуры и согласования шкал отдельных ступеней АЦП. Рассмотрим некоторые особенности этих задач.

Для 7-разрядного последовательно-параллельного АЦП, осуществляющего преобразование сигнала u_вх(t)  4B, необходимо выбрать разрядность АЦП1 и АЦП2 и осуществить согласование их шкал.

В связи с тем что сложность схемы формирования разностного сигнала для второй ступени (АЦП2) (см. рис. 3.29) возрастает с увеличением числа разрядов первой (АЦП1), что ухудшает быстродействие всего АЦП, целесообразно в первой ступени использовать меньшее число разрядов. Компромиссом для данного АЦП будет использование в АЦП1 трех, а в АЦП2 – четырех разрядов.

Для согласования шкал параллельных АЦП необходимо, чтобы полный размах входного напряжения АЦП2 был равен шагу квантования АЦП1 u₁, т.е. u₁ =u_{вх max}/8 = 500 мВ. Шаг квантования АЦП2 u₂ равен при этом шагу квантования u рассматриваемого АЦП, т. е. u = u₂ = u_{вх max}/2⁷ = 31,25 мВ.

Н а рис. 3.30 показана схема последовательно-параллельного включения БИС АЦП К1107ПВ1.

Кроме рассмотренного многоступенчатого последовательно-параллельного АЦП применяются многотактные последовательно-параллельные АЦП. В них один и тот же параллельный АЦП работает последовательно несколько раз с соответствующим управлением пороговыми напряжениями путем изменения U_оп, приложенного к резистивному делителю параллельного АЦП. Это позволяет снизить аппаратурные затраты, однако при прочих равных условиях преобразователи такого типа оказываются в несколько раз более медленными по сравнению с рассмотренными многоступенчатыми.

Ниже приведены фрагменты документации на некоторые отечественные и зарубежные параллельные АЦП.