Принцип действия таких АЦП основан на последовательном сравнении измеряемого напряжения с некоторым опорным напряжением в блоках, состоящих из устройства сравнения, ключа и усилителя, который выделяет разность, входного и опорного напряжения для передачи в следующий блок.
В таких АЦП значение опорного напряжения выбирается из условия U0 = 2n . q, где q – квант преобразования; n – разрядность АЦП.
Обобщенная структурная схема такого АЦП представлена на рис. 2.28.
Работа схемы происходит следующим образом. Компаратор К1 определяет знак разности напряжений UX – U0; если UX ³ U0, то на выходе К1 будет "1". При этом по приходу импульса "1" с выхода У1 распределителя импульсов РИ, ключ SW1 замкнется. В результате на вход дифференциального усилителя ДУ1 поступит напряжение U0. С выхода ДУ1 напряжение U1 = 2(UX – U0) поступает на компаратор К2, который таким же образом определяет знак разности (U1 – U0). И если U1 ³ U0, то будет замкнут ключ SW2 по приходу на него "1" с выхода У2 распределителя импульсов. Далее на ДУ2 поступит сигнал U1 – U0, который будет усилен в два раза и передан в следующий блок, и так далее для всех блоков.
|
|
РИ устроен таким образом, что "1", установленная на соответствующем его выходе, сохраняется до полного заполнения распределителя. Последующий после заполнения распределителя импульс производит запись выходных сигналов a1 ÷ an всех компараторов в выходной регистр (на схеме не показан) и обнуляет РИ. После этого начинается следующий цикл преобразования.
Рис. 2.28. Обобщенная структура АЦП конвейерного типа
Компараторы схемы сравнивают следующие сигналы:
1. UX – U0 = U1;
2. 2(UX – U0) – U0 = U2;
3. 2[2(UX – U0) – U0] – U0 = U3;
4. 2U3 – U0 = U4;
5. 2U4 – U0 = U5;
и т. д.
n. 2Un-1 – U0 = Un.
Если разность (2Ui-1 – U0) ³ 0, в соответствующем разряде установится "1", иначе – "0".
Время преобразования такого АЦП ограничено быстродействием устройств сравнения:
где fгр – граничная частота усиления дифференциального усилителя, то есть частота, при которой можно пренебречь его частотной погрешностью некомпенсации ():
где fТ – частота единичного усиления ОУ; К = 2 – коэффициент усиления дифференциального усилителя.
Зная , можно определить fгр:
Значение dНК, которым можно пренебречь, выбирается из условия
< dКВ.
Погрешности АЦП конвейерного типа
1. Погрешность элементов схемы дифференциальных усилителей.
2. Погрешность квантования.
3. Погрешность от порога срабатывания устройств сравнения (эту погрешность можно не учитывать, если порог срабатывания лежит в пределах ±UП» q/2).
Достоинства АЦП конвейерного типа:
1) благодаря однородной структуре такой АЦП удобен для интегрального исполнения;
|
|
2) сравнительно высокое быстродействие.
Недостатки АЦП конвейерного типа:
1) большое число компараторов, а следовательно, малая надежность схемы;
2) такая схема может формировать только двоичный код, следовательно, при использовании ее в цифровых вольтметрах на выходе придется использовать преобразователь кода;
3) разрядность таких АЦП невелика (чаще всего не более 12).