АЦП параллельного преобразования. На рисунке 6.17 изображена функциональная схема АЦП параллельного преобразования

На рисунке 6.17 изображена функциональная схема АЦП параллельного преобразования. Она прежде всего представлена цепью резисторов R1–R4 одинаковой величины. На эту цепь поступает опорное напряжение U_оп, которое распределяется резисторами таким образом, что каждая ступень эквивалентна одному кванту, причем, кванты одинаковы по величине. Преобразуемое напряжение U_преобр и уровни напряжений с резисторов, образуемые опорным напряжением U_оп, поступают на компараторы К1–К3, с выходов которых снимается параллельный N–разрядный единичный код. Число единиц в нем равно числу уровней квантования, по величине меньших значений в сравнении с U_преобр.

Полученный единичный код подается на вход дешифратора, в котором он преобразуется в двоичный с числом разрядов. В качестве дополнения к схеме рисунка 6.17 может быть регистр, в который записывается результат преобразования.

Этот вид преобразователя работает практически мгновенно, непрерывно, без пропусков, связанных с циклами. Применяют в видеотехнике, быстропротекающих процессах. Количество резисторов соответствует числу квантов преобразования. При увеличении входного напряжения U_преобр срабатывает соответствующий компаратор начиная с нижнего К3, выдается квантованное прямое преобразование аналогового сигнала в код. Достоинство схемы – высокая скорость преобразования, недостаток – повышенная стоимость. Выпускается промышленностью в интегральном виде.

Рисунок 6.17 – АЦП параллельного преобразования

6.2.6 АЦП с сигма–дельта () модуляцией

АЦП с модуляцией некритичны к точности выполнения элементов схемотехники Кроме того, применение таких преобразователей резко снижает требование к сопутствующим им аналоговым фильтрам, а необходимость в таких прецизионных элементах, как УВХ (устройство выборки–хранения), отпадает совсем.

Структурная схема модулятора 1–го порядка изображена на рисунке 6.18.

Рисунок 6.18 – Структурная схема модулятора

Функциональная схема модулятора 1–го порядка приведена на рисунке 6.19, на котором операционные усилители показаны в виде треугольников, т.е. в американском стандарте.

Рисунок 6.19 – Функциональная схема модулятора

Пусть на вход модулятора поступает аналоговый сигнал Xn, амплитуда которого изменяется в пределах от –B до +B, а полоса частот ограничена сверху величиной fв. В результате преобразования на выходе модулятора должен сформироваться одноразрядный поток данных, отражающий форму аналогового сигнала.

Если бы преобразование осуществлялось с помощью общего многоразрядного АЦП, быстродействие которого весьма ограничено, дискретизацию пришлось бы производить со скоростью, чуть большей, чем скорость Найквиста Fн=2fв, а для предотвращения модуляционных искажений на выходе устройства пришлось бы разместить сложный аналоговый ФНЧ.

В силу особенностей – модулятора преобразование с его помощью может осуществляться с частотой в десятки и сотни раз превосходящей F_H, а для предварительной фильтрации вполне достаточно фильтра 2–3 порядка.

Интегратор – это активный аналоговый ФНЧ с высоким усилением в полосе частот входного сигнала и подавлением частотных составляющих, лежащих вне этой полосы. Квантователь – это в первом приближении, компаратор с порогом срабатывания, равным “0”, выход которого может переключаться из состояния “–B” в состояние “+B”, и который подключен ко входу синхронизируемого тактовой частотой (частотой дискретизации) элемента памяти, сохраняющего это состояние в течение тактового интервала. Если предположить, что на выходе этого элемента памяти, который одновременно является и выходом модулятора, должен формироваться цифровой сигнал с уровнями, соответствующими уровням логического “нуля” и “единицы”(АЦП), то таким элементом памяти может служить обычный D–триггер. Правда, в петле обратной связи при этом понадобится отдельное переключающее устройство, выполняющее функции ЦАП (на рисунке 6.19 показано штриховой линией), который управляется цифровым сигналом, а на выходе формирует либо “–B” либо“+B”.

На выходе модулятора схемы 6.19 устанавливают дешифратор, преобразующий поток импульсов в двоичный или иной код.

На рисунке 6.20 изображена схема модулятора, преобразующая входной аналоговый сигнал в последовательность импульсов (см. также рисунки 1.59, 1.60).

Рисунок 6.20 – Схема интеграторного модулятора

Эта схема практически полностью совпадает с модулятором, применяемым в АЦП преобразователях, поэтому физические процессы подобны.

6.2.7 Микросхема КР1108 ПП–1

Это некоторая условная разновидность АЦП. Производится преобразование аналогового сигнала в частоту импульсов. На вход микросхемы подают положительные и отрицательные уровни напряжения до 10 В, на выходе получают импульсы прямоугольной формы с калиброванной длительностью. Также служит преобразователем частоты в напряжение, т.е. выполняет обратную операцию преобразования: частота 0…10 кГц, напряжение 0 … 10В. Нелинейность менее 10^–8.

Принципиальные схемы преобразователя вместе с навесными элементами изображены на рисунке 6.21.

Рисунок 6.21 – Микросхема в режиме преобразования аналог–частота – а);
в режиме частота–аналог – б)

При снижении точности возможна частота до 500 кГц.