Токовые зеркала
advertisement
Лекция 9. АЦП с увеличенным разрешением. Конвейерный АЦП. АЦП последовательного приближения. Алгоритмический АЦП. Интегрирующие АЦП. АЦП с увеличенным разрешением Структурная схема АЦП с увеличенным разрешением приведена на рис. 9.1. Цифровая обработка ( усреднение ) Аналоговый вход Цифровой выход Рис. 9.1. АЦП с увеличенным разрешением Увеличить разрешение АЦП на несколько разрядов можно применив стохастический подход, который предполагает подмешивание к входному аналоговому сигналу псевдослучайного сигнала со средней величиной равной нулю (рис. 9.1.) Для получения истинного выходного кода проводится усреднение по нескольким преобразованиям. Конвейерный АЦП 2 СЗР 2 MЗР Регистры памяти Цифровой выход Рис. 9.2. Конвейерный АЦП + УВХ + УВХ Аналоговый вход УВХ Структурная схема конвейерного АЦП приведена на рис. 9.2. Конвейерный АЦП является расширением двухшагового АЦП в сторону увеличения числа каскадов до N и уменьшения разрядности АЦП и ЦАП каскада до одного (рис. 9.2.). В некоторых случаях в каскаде используют многоразрядные АЦП и ЦАП. Хотя время преобразования определяется последовательной обработкой входного сигнала во всех каскадах, частота выборок – в N раз выше и определяется временем обработки сигнала в одном каскаде. Конвейерное прохождение сигнала через последовательную цепь каскадов позволяет получить в таком АЦП высокую частоту оцифровки входного сигнала. Ограничения на точность АЦП накладывают высокие требования к характеристикам усилителей каскадов и схем УВХ. АЦП последовательного приближения Структурная схема АЦП последовательного приближения приведена на рис. 9.3. Аналоговый вход УВХ Регистр последовательного приближения b1 b2 bN ЦАП Цифровой выход Uоп Рис. 9.3. АЦП последовательного приближения АЦП последовательного приближения (рис. 9.3) является одним из часто применяемых АЦП для оцифровки сигналов в диапазоне средних частот. Его популярность обусловлена хорошими характеристиками, невысокой сложностью и малой занимаемой площадью кристалла. Как правило, строится на основе ЦАП и регистра последовательного приближения. АЦП последовательного приближения с перераспределением заряда В АЦП последовательного приближения наиболее часто используется ЦАП с перераспределением заряда, который строится на основе матрицы двоично – взвешенных конденсаторов (рис. 9.4). S2 16C 8C b1 4C b2 2C b3 Аналоговый вход C C b5 b4 На регистр последовательного приближения S3 S1 Uоп Рис. 9.4. АЦП последовательного приближения с перераспределением заряда. Алгоритмический АЦП Структурная схема алгоритмического АЦП приведена на рис. 9.5. Старт Выборка u=uвх, i=1 U>0 Нет Да bi=1 U 2(U-Uоп /4) i Нет i+1 i Да Стоп а) bi=0 U 2(U+Uоп /4) Цифровой выход Компаратор Аналоговый вход Регистр сдвига 2 Uоп /4 -Uоп /4 УВХ б) Рис. 9.5. Алгоритмический АЦП По простоте реализации не уступает АЦП последовательного приближения. Блок удвоения частоты требует точной настройки. Блок – схема преобразования и схема преобразователя приведена на рис. 9.5. Интегрирующий АЦП (однотактный) Схема АЦП однотактного интегрирования приведена на рис. 9.6. Аналоговый вход Счетчик Компаратор Цифровой выход Uоп Интегратор Рис. 9.6. Интегрирующий АЦП (однотактный) Погрешность усиления АЦП однотактного интегрирования определяется постоянной интегрирования, которая зависит от технологических разбросов параметров в процессе изготовления интегральных схем, что существенно ограничивает области применения АЦП. АЦП двойного интегрирования Структурная схема АЦП двойного интегрирования и диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис. 9.7. Аналоговый вход Uоп Uх Компаратор Управляющая логика Интегратор Счётчик Тактовая частота а) Ux Цифровой выход Фаза 2 Фаза 1 -Uвх3 Uоп -Uвх2 -Uвх1 Uоп Uоп T (Время) T1 T2 H(f) , б) дБ 0 -10 -20 -30 10 50 100 150 200 250 f, Гц в) Рис. 9.7. АЦП двойного интегрирования Характеристики АЦП двойного интегрирования (рис. 9.7, а) практически не зависят от постоянной интегрирования. Выходной код Bвых b1 2 1 b2 2 2 bN 2 N U вых . U ref Выбирая соответствующим образом Т1 (рис. 9.7, б) можно отфильтровывать во входном аналоговом сигнале помехи. Передаточная функция преобразователя определяется прямоугольным видом импульса преобразования длины Т1 и имеет вид H( f ) sin ( f T1 ) . f T1 По функции |H(f)| определяется ослабление сигнала на различных частотах (рис. 9.7, в). Таким образом, например, можно исключить влияние на работу АЦП сетевых помех частотой 50 Гц.
