6.3. Классификация ацп

В настоящее время известно большое число методов преобразо­вания напряжение—код. Эти методы существенно отличаются друг от друга потенциальной точностью, скоростью преобразования и сложностью аппаратной реализации. На рис. 6.2 представлена клас­сификация АЦП по методам преобразования.

Рис. 6.2. Классификация АЦП

В основу классификации АЦП положен признак, указывающий на то, как во времени разворачивается процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой. В основе преобразования выбо­рочных значений сигнала в цифровые эквиваленты лежат опера­ции квантования и кодирования. Они могут осуществляться с по­мощью либо последовательной, либо параллельной, либо последо­вательно-параллельной процедуры приближения цифрового экви­валента к преобразуемой величине.

Производители выпускают АЦП преимущественно среднего и высокого быстродействия, в основном последовательного прибли­жения, многоступенчатые, многотактные и конвейерные, поэтому ниже будут рассмотрены АЦП именно этих типов, а также парал­лельные АЦП, являющиеся составным элементом преобразовате­лей последних трех типов.

6.4. Параллельные ацп

АЦП этого типа осуществляют квантование сигнала одновремен­но с помощью набора компараторов, включенных параллельно ис­точнику входного сигнала. На рис. 6.3 показана реализация парал­лельного метода АЦП-преобразования для 3-разрядного числа.

Рис. 6.3. Схема параллельного АЦП

С помощью трех двоичных разрядов можно представить восемь различных чисел, включая нуль. Необходимо, следовательно, семь компараторов. Семь соответствующих эквидистантных опорных напряжений образуются с помощью резистивного делителя.

Если приложенное входное напряжение не выходит за пределы диапазона от (5/2) h до (7/2) h, где h = U_оп /7 — квант входного напряжения, соответствующий единице младшего разряда АЦП, то ком­параторы с 1-го по 3-й устанавливаются в состояние 1, а компарато­ры с 4-го по 7-й — в состояние 0. Преобразование этой группы ко­дов в трехзначное двоичное число выполняет логическое устрой­ство, называемое приоритетным шифратором, диаграмма состоя­ний которого приведена в табл. 6.1.

Подключение приоритетного шифратора непосредственно к выходу АЦП может привести к ошибочному результату при считы­вании выходного кода. Рассмотрим, например, переход от трех к четырем, или в двоичном коде от 011 к 100. Если старший разряд вследствие меньшего времени задержки изменит свое состояние раньше других разрядов, то временно на выходе возникнет число 111, т.е. семь. Величина ошибки в этом случае составит половину измеряемого диапазона.

Таблица 6.1

Диаграмма состояний шифратора

Входное напряжение	Состояние компараторов							Выходы
Uвх/h	К7	К6	К5	K4	К3	К2	K1	Q2	Q1	Q0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	1
2	0	0	0	0	0	1	1	0	1	0
3	0	0	0	0	1	1	1	0	1	1
4	0	0	0	1	1	1	1	1	0	0
5	0	0	1	1	1	1	1	1	0	1
6	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0
7	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

Так как результаты АЦП-преобразования записываются, как пра­вило, в запоминающее устройство, существует вероятность полу­чения полностью неверной величины. Решить эту проблему мож­но, например, с помощью устройства выборки-хранения (УВХ). Некоторые интегральные микросхемы (ИМС) параллельных АЦП снабжаются сверхскоростными УВХ, имеющими время выборки порядка 0,1 нс. Другой путь состоит в использовании кода Грея, характерной особенностью которого является изменение только одной кодовой позиции при переходе от одного кодового значе­ния к другому.

При увеличении входного сигнала компараторы устанавливают­ся в состояние 1 по очереди — снизу вверх (см. табл. 6.1). Такая оче­редность не гарантируется при быстром нарастании входного сиг­нала, так как из-за различия во временах задержки компараторы могут переключаться в другом порядке. Приоритетное кодирова­ние позволяет избежать возможной в этом случае ошибки, так как единицы в младших разрядах не принимаются во внимание при­оритетным шифратором.

Благодаря одновременной работе компараторов параллельный АЦП является самым быстрым. Недостатком этой схемы является ее сложность. Действительно, N-разрядный параллельный АЦП со­держит 2N-1 компараторов и 2N согласованных резисторов. След­ствие этого — высокая стоимость и значительная потребляемая мощность.