АЦП на переключаемых конденсаторах

Рассмотрим особенности АЦП, представленного на рис. 14.36, а. Преобразователь содержит генератор ступенчатого напряжения (ГСН), компаратор С, логический элемент И, счетчик. Ключи 5, 52 ГСН управляются.

Рис. 14.36. Схема последовательного АЦП (а) и временная диаграмма его работы (б).

внешними импульсами. Входное напряжение С/_пх сравнивается с уменьшающимся во времени ступенчатым напряжением ?/_гсн (рис. 14.36, б), и по количеству импульсов (или тактовых интервалов), поступивших на вход счетчика, определяется его значение.

Преобразование 1/_вх в цифровой код инициируется пусковым импульсом ПИ, который кратковременно замыкает ключ 5, после чего 5, до конца преобразования переходит в разомкнутое состояние. Выполняется следующая последовательность действий:

• • конденсатор С, заряжается от источника опорного напряжения 17_оп, приобретая максимальный заряд <�у_и = С, 1/_оп;
• • с выхода ГСН на один из входов компаратора С поступает напряжение и_гсн = и_оп > и_пх;
• • выходным напряжением компаратора II_с открывается логический элемент И, на вход счетчика и ключ 5₂ начинают поступать тактовые импульсы ТИ;
• • инициируются процессы формирования ступенчатого напряжения П_гсп, которые протекают циклически.

В первой фазе каждого «-го цикла ключ 5₂ находится в положении 0, во второй фазе — в положении 1, поэтому параллельно конденсатору С, всегда подключается разряженный конденсатор С₂, отбирая часть заряда от конденсатора С,. Следовательно, в п-м цикле после распределения заряда между конденсаторами С, и С₂ с выхода ГСН на вход компаратора поступает напряжение.

где _п , — заряд конденсатора С, в («- 1)-м цикле; (р _П = 0, поскольку подключается разряженный в и-м цикле конденсатор С₂.

Используя соотношение (14.9), получим следующие выражения для выходного напряжения ГСН:

• в первом цикле

• во втором цикле

• в п-м цикле

Процесс формирования напряжения ГСП отражен на рис. 14.36, 6 для р = 0,8. Он продолжается до тех пор, пока напряжение [/_{ГСН я} не сравняется или не станет меньше входного напряжения ?/_вх, т. е. Сюн, < 1/_т, после чего срабатывает компаратор и фиксирует в виде двоичного кода общее число тактовых импульсов, поступивших на счетчик. Следует обратить внимание на то, что напряжения С_{гсн п} изменяется в виде показательной функции, следствием чего является логарифмическая зависимость преобразования аналоговой величины в цифровую. С учетом низкого быстродействия, влияния паразитных емкостей и точности подбора конденсаторов преобразователи такого типа на практике обеспечивают точность до восьми разрядов [51].