АЦП конвейерного типа

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 = 2^{n .} 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 U_X – U₀; если U_X 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(U_X – 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 ÷ a_n 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. U_X – U₀ = U₁;

2. 2(U_X – U₀) – U₀ = U₂;

3. 2[2(U_X – U₀) – U₀] – U₀ = U₃;

4. 2U₃ – U₀ = U₄;

5. 2U₄ – U₀ = U₅;

и т. д.

n. 2U_n-1 – U₀ = U_n.

Если разность (2U_i-1 – U₀) ³ 0, в соответствующем разряде установится "1", иначе – "0".

Время преобразования такого АЦП ограничено быстродействием устройств сравнения:

где f_гр – граничная частота усиления дифференциального усилителя, то есть частота, при которой можно пренебречь его частотной погрешностью некомпенсации ():

где f_Т – частота единичного усиления ОУ; К = 2 – коэффициент усиления дифференциального усилителя.

Зная , можно определить f_гр:

Значение d_НК, которым можно пренебречь, выбирается из условия

< d_КВ.

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 ±U_П» 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).