 |
АЦП, не содержащие ЦАП
|
|
|
|
АЦП параллельного действия. Строятся на линейке компараторов, на один из входов которых подается опорное напряжение Uоп, уменьшенное на степень двойки, а на второй вход - входной аналоговый сигнал.
Работа схемы: входное напряжение подается на все компараторы одновременно. Количество компараторов равно (2^N)-1. На вторые входы подаются индивидуальные опорные напряжения, которые формируются резистивной схемой. Разница между двумя соседними напряжениями равна delta(U) - шагу квантования. В каждом цикле преобразования срабатывают те компараторы, у которых Uоп меньше, чем Uвх. Выходы с компараторов подаются на шифратор. Шифратор является приоритетным. Он формирует N-разрядный цифровой код, соответствующий самому старшему из сработавших компараторов.
Недостаток: сложность реализации. Достоинство: самое высокое быстродействие.
11. Аналого-цифровые преобразователи: назначение, основные характеристики. АЦП двойного интегрирования.
1 часть вопроса в билете №8.
АЦП двойного интегрирования:
1 - интегратор.
2 - компаратор.
3 – логич. устройство.
4 - счетчик.
S– управл. ключ.
Принцип работы:
Первый этап: t1-t2 - зарядка конденсатора. На этом этапе ко входу интегратора подключается напряжение Ux, при этом напряжение на выходе интегратора Uи, при положительном значении Ux, линейно уменьшается от нуля до некоторого значения, которое зависит от времени интегрирования tи, а так же от величины Ux.
Второй этап: t2-t3 - разрядка конденсатора. По истечении времени интегрирования tи подается сигнал на ключ S и ко входу интегратора подключается источник питания Uоп. Uоп должно быть обратной полярности относительно Ux. При этом напряжение интегратора растет до нуля, что фиксируется компаратором и процесс преобразования заканчивается. Время второго интегрирования пропорционально значению Ux.
|
|
|
Во время второго интегрирования на счетчик 4 поступают импульсы от тактового генератора, число которых преобразовано в двоичный код и будет цифровым эквивалентом сигнала Ux.
; 
; 
; 
τ - постоянная времени интегрирования.
Достоинство: самая высокая точность и низкий уровень шума.
Недостаток: относительно большое время преобразования.
12. Вспомогательные элементы аналоговых преобразователей: устройства выборки-хранения. Назначение, принципы построения.(стр 1)
Устройства выборки-хранения аналоговых сигналов (УВХ)
Данные схемы являются дополнительным компонентом АЦП. Используются для запоминания аналогового сигнала на время, необходимое для его преобразования в цифровой код. Иногда эти устройства называют устройствами слежения-хранения. Режимы работы:
- режим выборки (слежения) - в данном режиме устройства должны повторять на выходе входной аналоговый сигнал на интервале времени выборки;
- режим хранения - в данном режиме устройства должны сохранять последние значения выходного напряжения до момента поступления нового сигнала выборки. В этом режиме напряжение на выходе устройства является постоянным и равно напряжению на входе в момент переключения устройства в режим хранения.
УВХ имеют управляющий цифровой вход и, в зависимости от значения на этом входе, УВХ работают в одном из двух режимов.
Схема простейшего УВХ:
Схема имеет входной и выходной аналоговые сигналы и цифровой управляющий. В качестве запоминающего элемента используется конденсатор. В качестве элемента считывания используется ОУ, являющийся повторителем входного сигнала. Для его включения или отключения используется управляющий ключ S, управляется цифровым управляющим входом. ОУ используется так же для получения высокого входного и низкого выходного сопротивления схемы.
|
|
|
Принцип работы: когда ключ S замкнут (Uупр=1), конденсатор заряжается до значения, пропорционального Uвх, и выходное напряжения схемы повторяет Uвх. Uвых=Uвх. При размыкании ключа конденсатор некоторое время сохраняет последнее значение напряжения перед размыканием. Выходной ОУ выполняет роль высокоомной нагрузки, которая обеспечивает малые токи утечки, что препятствует разряду конденсатора. 1000 ПФ.
Недостатки схемы:
- источник входного сигнала имеет значительную емкостную нагрузку при замкнутом ключе;
- так как чаще всего используются ОУ с полевыми транзисторами на входе, такие схемы ОУ имеют значительное напряжение смещения.
Эти недостатки во многом устранены в интегральной схеме ИМС 1100СК2, которая долгое время являлась промышленным стандартом. Данная схема имеет общую ООС, которая охватывает всю схему с выхода ОУ2 ко входу ОУ1.
12. Вспомогательные элементы аналоговых преобразователей: устройства выборки-хранения. Назначение, принципы построения.(стр 2)
Когда ключ S находится в замкнутом состоянии, напряжение на выходе схемы отличается от напряжения на входе на величину напряжения смещения ОУ1, которая, из-за наличия ключа и ОУ2, практически сводится к нулю, т.е. сигнал повторяется. При размыкании ключа, выходное напряжение остается неизменным. Резистор и диоды VD1 и VD2 при этом препятствуют насыщению ОУ1, которое возникает вследствие размыкания общей ООС. Это снижает так же время переходного процесса при повторном замыкании ключа S. ОУ1 играет роль высокоомной нагрузки, выполнен по схеме с биполярными транзисторами на входе, что обпеспечивает низкое напряжение смещения, в пределах 5 мВ. Резистор R2 ограничивает ток заряда конденсатора.
Основные характеристики УВХ:
- статические:
‡ напряжение смещения нулю - Uсм;
‡ дрейф фиксируемого напряжения при заданной емкости C - delta(Uвых)/delta(t)=Iр/C, - где Iр - ток разряда конденсатора, который складывается из тока утечки конденсатора и коммутатора S, а также входного тока ОУ. Величину дрейфа можно уменьшить, увеличив емкость конденсатора, но это ухудшает динамические характеристики схемы;
|
|
|
- динамические:
‡ время выборки - tв - определяет длительность процесса зарядка конденсатора до величины входного напряжения с заданными условиями допуска, с какой-то допустимой погрешностью, при самых неблагоприятных условиях;
‡ апертурная задержка - tа - период времени между моментом снятия управляющего напряжения и фактическим замыканием ключа S.
Применение УВХ - для правильной работы большинства АЦП (так как для АЦП требуется, чтобы Uвх некоторое время оставалось неизменным. Чаще всего УВХ выполняются на одном кристалле с АЦП.
13. Вспомогательные элементы аналоговых преобразователей: источники опорного напряжения. Назначение, основные схемы.
Источники опорного напряжения
Источник опорного напряжения - элемент электрической схемы, который вырабатывает выходное напряжение Uоп, которое не зависит от источника напряжения или тока. Широко применяются в качестве эталонной меры в ЦАП и АЦП, а так же в различного рода пороговых устройств. В любой схеме стабилизатора напряжения требуется наличие источника опорного напряжения, с которым сравнивается выходное напряжения стабилизатора, при этом стабильность выходного напряжения стабилизатора не может быть выше стабильности источника опорного напряжения.
Характеристики:
- номинальное выходное напряжение;
- выходное динамическое сопротивление - rвых=delta(Uвых)/delta(Iвых);
- температурная нестабильность выходного напряжения - TK_uвых=1/Uвых * delta(Uвых)/delta(T);
- коэффициент влияния источника питания - Kвип=1/Uвых * delta(Uвых/delta(Uпит). Коэффициент может достигать значения 10000 и определяет коэффициент стабилизации.
Простейший метод получения опорного напряжения состоит в том, чтобы нестабилизированное входное напряжение подключить через тока ограничивающий резистор к стабилитрону.
14. Оптоэлектронная схемотехника. Особенности. Основные понятия.
|
|
|
