Последовательный АЦП следящего типа

На практике часто используется нециклический последовательный АЦП следящего типа, схема которого приведена на рис. 11.64. Схема следящего АЦП отличается от схемы АЦП последовательного счета (см. рис. 11.62) тем, что в ней используется реверсивный счетчик DD2, управляемый прямым и инверсным выходными сигналами компаратора DA.

При п_вх > Пцдп импульсы с генератора G через логический элемент «И» DD1.1 поступают на суммирующий вход счетчика DD2 и он работает в режиме прямого счета. При этом выходной код счетчика растет до тех пор, пока ицд_П не достигнет значения и_вх.

При «вх< Пцап импульсы с генератора G через логический элемент «И» DD 1.2 поступают на вычитающий вход счетчика DD2 и он работает в режиме обратного счета. При этом выходной код счетчика убывает до тех пор, пока Пцдп не будет достигнуто значение н_вх.

Таким образом, все происходящие во времени изменения напряжения п_вх отслеживаются напряжением Пц_АП на выходе ЦАП с точность шага квантования АП. При этом при и_вх ~ Пц_АП выходной код АЦП колеблется вокруг среднего положения с точностью до единицы младшего разряда, как это имеет место в любой дискретной следящей системе.

Последовательный АЦП поразрядного уравновешивания.

Структурная схема последовательного АЦП поразрядного уравновешивания приведена на рис. 11.65, а.

Рис. 11.64. Схема последовательного АЦП следящего типа.

Рис. 11.65. АЦП поразрядного уравновешивания:

а — схема; б — условное обозначение По сравнению с АЦП следящего типа в схеме этого АЦП используется регистр последовательных приближений (РПП), который построен на сдвигающем регистре и RS-триггерах.

При получении команды на выполнение преобразование (приход импульса запуска) РПП по следующему за ним фронту тактового импульса от генератора G устанавливает лог.1 на входе старшего (п — 1)-го разряда ЦАП и лог. О на входах всех остальных разрядов. Далее компаратор DA сравнивает входное напряжение и_вх и напряжение с выхода ЦАП Пцд_П. Если преобразуемое напряжение п_вх > Пцдп, то компаратор DA дает команду РПП оставить в старшем (п — 1) разряде лог.1, если наоборот и_вх < п_ЦАП, то компаратор DA заставляет РПП сбросить лог.1 в старшем разряде. Значение старшего разряда РПП в зависимости от результата сравнения фиксируется по фронту следующего тактового импульса. Одновременно (по фронту того же тактового импульса) лог.1 появится на следующем по старшинству (п — 2)-м разряде ЦАП. В зависимости от результата сравнения напряжений и_вх и Пцд_П компаратором DA по фронту следующего тактового импульса фиксируется значение разряда (п — 2), а лог.1 появляется на входе (п — 3) разряда ЦАП. Затем вновь повторяется описанный выше алгоритм работы блоков АЦП и так далее до 0-го разряда. После п тактов сравнения (по прошествии п тактовых импульсов генератора G от момента начала импульса запуска) на входе ЦАП, а значит и на выходе АЦП, получается п-разрядный двоичный код, который является цифровым эквивалентом входного аналогового сигнала и_вх.

Таким образом, за п тактов осуществляется уравновешивание преобразуемого напряжения п_вх суммой эталонных напряжений, снимаемых с ЦАП:

где U_3i — эталонные напряжения, соответствующие определенному разряду.

Эталонные напряжения U_3i являются ½, 1/4,1/8 и т. д. возможного максимального значения U_m шкалы АЦП.

Временные диаграммы работы последовательного АЦП поразрядного уравновешивания приведены на рис. 11.66.

По сравнению с АЦП единичного приближения рассматриваемый преобразователь осуществляет преобразование за п шагов вместо 2п -1 и, таким образом, позволяет получить существенный выигрыш в быстродействии, который, например, при п — 10 достигает двух порядков. При преобразовании быстроизменяющихся сигналов данные АЦП работают совместно с УВХ.

Данные схемы АЦП широко распространены благодаря возможности построения многоразрядных (до 12 разрядов и выше) преобразователей сравнительно высокого быстродействия (время преобразования порядка нескольких сотен наносекунд). На основе этого метода серийно выпускаются ИМС, например: К572ПВ1, К572ПВЗ, АЦП К1108ПВ1. На рис. 11.65, б приведено упрощенное условное обозначение указанных ЦАП.