3.4.1 Простейший аналого-цифровои преобразователь

Наиболее экономичная <и простая структура АЦП (рис. 11.10,а) состоит из компаратора, ЦАП и счетчика, включенных в цепь с обратной связью. Выходом АЦП служат показания тактируемо­го бинарного счетчика с начальной установкой в нуль (сбросом). Обозначим диапазон входных аналоговых сигналов, подвергаю­щихся преобразованию (напряжение шкалы), через Uш. Если диапазон Uш. проходится АЦП за N тактов генератора Ср (см. рис. 11.10,а), то размер аналоговой градации составит

γ= Uш/N

Работа АЦП заключается в сравнении измеряемого напряжения

А—Uвх на входе с аналоговым эквивалентом X цифрового кода

K₁/2+K₂/4+…+ K_i/2ⁱ+…+K_m/2^m

Имеем

X=m₁[K₁/2+K₂/4+…+ K_i/2ⁱ+…+K_m/2^m]

где m1-масштабный коэффициент, имеющий размерность

Рис 3.21. Простейший аналого-цифровой преобразователь:

а — структура; б — временная дна: рамма; в — алгоритм

напряжения А. Для ЦАП на рис. 11.9,а значение т1 определяется по формуле (11.31).

После команд (сигналов) Сброс и Пуск, подаваемых на АЦП (рис. 11.10,а), импульсы Ср внешнего тактового генератора нач­нут увеличивать показания счетчика, а следовательно, согласно (11.33) и X ступеньками по у.

Компаратор (рис. 11.10,а) определяет разницу ξ между X и А, т. е. производит сравнение этих двух величин.

Если ξ =Х—А<0, то подача следующего импульса на счет­чик изменит его показание с X на Х+ γ. В противном случае ком­паратором вырабатывается команда (сигнал) Стоп а генератор тактов Ср отключается от счетчика, который останавливается и индицирует ближайшее 'с точностью у число, больше А (рис. 11.10,6), такое, что

А<=X<=A+ γ . (11.34)

Алгоритм работы простейшего АЦП иллюстрируется .труктурной схемой на рис. 11.10,в.

Поскольку А≈Х, а X определяется формулой (К 39), выход АЦП — цифровой эквивалент дриближенно является частным от деления измеряемого числа A на масштабный коэффициент m₁.

K₁/2+K₂/4+…+K_m/2^m≈A/m₁ (11-35)

Таким образом, АЦП является делителем аналоговой вели­чины А на масштабный коэффициент m₁, имеющий туже размер­ность, что и А.

Основной недостаток простейшей структуры АЦГ — невысо­кая точность и большое (и притом непостоянное) время преоб­разования.

3.4.2 Высокоточный ацп с двойным интегрированием

Повысить точность АЦП ценой снижения быстродействия можно путём перехода к структуре с двойным интегрированием.

С помощью делителя (например, счётчик с необходимым коэффициентом деления) формируется интеграл t_u сигнала U₁(t), управляющего аналоговым ключом К. U_n(t) - нарастает

C1

С

2R

читаем , что Uвх(t) медленно меняется . В момент tu К отключает источник Uвх от интегратора и подключает вход интегратора через R… к корпусу. Начинается медленный разряд конденсатора до Uвых=0. При Uu(t)=0 компаратор останавливает счетчик, т.о. измеренный сигнал Uвх преобразуется в цифровой эквивалент временного интервала [ 0,ti ] .

Синхронизировав частоту отсчетов ( т.е. сигналы Сброс, Пуск и частоту автогенератора ) можно резко увеличить точность. Время одногоотсчета в интеграле АУП – 0.5 – 2 с.

21