4.5.3 Ацп із зрівноважуванням

АЦП із зрівноважуванням (компенсаційні) розрізняють за методами перетворення аналогової інформації в цифрову. Найбільшого поширення набули два основних методи: із зрівноважуванням лічильного типу і порозрядного кодування.

Одну з можливих схем АЦП із зрівноважуванням лічильного типу показано на рис. 4.5.6,а. Вона складається з лічильника імпульсів ЛІ, генератора імпульсів ГІ, цифро-аналогового перетворювача ЦАП, і аналогового компаратора (схеми порівняння СП). Компаратор виробляє сигнал 1, якщо , де - перетворювана (вхідна) напруга; - напруга на виході ЦАП.

З початку процесу кодування схему 1 відкрито й імпульси від ГІ надходять на вхід лічильника. На виході лічильника формується код, який відповідає кількості підрахованих імпульсів. Цей код перетворюється в напругу , яка зростає пропорційно кількості підрахованих імпульсів (напруга на виході ЦАП, що відповідає одиниці молодшого розряду). Підрахунок імпульсів продовжується доти, поки напруга не підвищиться до . При сигнал на виході компаратора стає рівним нулеві, схема 1 закривається, на вхід лічильника імпульси більше не надходять і на його виході формується код, який відповідає перетворюваній напрузі . Цей код передається на вихід через схеми 1, які відкриваються при спрацьовуванні компаратора.

Рис. 4.5.6

Схему АЦП лічильного типу з безперервним зрівноважуванням показано на рис. 4.5.6,б. Тут використано два компаратори СПІ і СП2 та реверсивний лічильник імпульсів ЛІ, який працює в режимі підсумовування при і у режимі віднімання при . Інші елементи схеми й принцип її дії такі ж самі, як і попередньої.

У розглянутих перетворювачах похибка не залежить від стабільності частоти ГІ. Вона визначається тільки обраною кількістю імпульсів , яка відповідає максимальній перетворюваній напрузі , і залежить від точності перетворення в ЦАП, а також чутливості компаратора, який повинен реагувати на різницю

Рис. 4.5.7

Схему АЦП з порозрядним кодуванням показано на рис. 4.5.7. Вона складається з генератора тактових імпульсів ГТІ, генератора синхронізуючих імпульсів ГСІ, регістра зсуву РЗ, блока тригерів , ЦАП та аналогового компаратора СП.

При подачі імпульсу запуску тригер старшого розряду встановлюється в стан 1, а інші тригери - в 0. На вхід ЦАП надходить 1 старшого розряду і на його виході з’являється напруга . Першим імпульсом ГСІ в старший розряд регістра записується 1. Якщо , то сигнал на виході СП дорівнює нулеві і стан тригера зберігається. Якщо , то сигнал на виході СП дорівнює одиниці і тригер через схему 1 встановлюється в 0. Тригер встановлюється в 1. Напруга порівнюється з новою напругою на виході ЦАП. Наступним імпульсом ГСІ в регістрі 1 зсувається розряд, і процес перетворення продовжується аналогічно до першого розряду. Загальний час перетворення визначається частотою і кількістю розрядів n:

Унаслідок перетворення напруги врівноважується напругою:

де ‑ цифри 1 або 0 в розрядах вихідного коду, які знімаються з тригерів ; ‑ вихідна напруга ЦАП, яка відповідає одиниці i-го розряду.

Схему АЦП, в якій реалізовано принцип зчитування, показано на рис. 4.5.8. Резистори на вході поділяють еталонну напругу на рівнів: . Ці рівні напруги порівнюються з вхідною напругою аналоговими компараторами СП_і. На виходах усіх компараторів, для яких , сигнали дорівнюють 0. На виходах інших компараторів, для яких сигнали дорівнюють 1. Для того щоб на входи тригерів проходив сигнал 1 тільки з виходу компаратора, який фіксує верхній рівень вхідної напруги, призначено елементи НІ та І.

Сигнал 1 з виходу компаратора, який фіксує верхній рівень вхідної напруги, за командою генератора тактових імпульсів ГТІ записується у відповідний тригер і шифратором перетворюється у вихідний код.

Перевагою розглянутої схеми АЦП є висока швидкодія (два такти ГТІ), недоліком - велика кількість компараторів і тригерів, яка дорівнює й швидко зростає при збільшенні кількості розрядів .

Рис. 4.5.8