Электроника:Цифровая электроника/Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования/Цифровые ступенчатые АЦП

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Цифровые ступенчатые АЦП[1]

Также известный как многоступенчатый (или просто счётный) аналого-цифровой преобразователь, он также довольно прост для понимания, но, к сожалению, имеет некоторые ограничения.

Основная идея состоит в том, чтобы соединить выход автономного двоичного счётчика со входом ЦАП, затем сравнить аналоговый выход ЦАП с аналоговым входным сигналом, который нужно оцифровать, и использовать выход компаратора, чтобы сообщить счётчику, когда остановить подсчёт и произвести сброс. На следующей схеме показана основная идея:

Рис. 1. Блок-схема, показывающая работу многоступенчатого АЦП.
Рис. 1. Блок-схема, показывающая работу многоступенчатого АЦП.

Поскольку счётчик подсчитывает каждый тактовый импульс, ЦАП выдаёт немного более высокое (более положительное) напряжение. Это напряжение сравнивается компаратором с входным напряжением.

Если входное напряжение больше, чем выходное напряжение ЦАП, на выходе компаратора будет «высокий» уровень, и счётчик продолжит считать в обычном режиме. Однако в конце концов выходное напряжение ЦАП превысит входное напряжение, что приведёт к снижению выходного сигнала компаратора.

За этим последует два события: во-первых, переход с «высокого» на «низкий» уровень на выходе компаратора заставит сдвиговый регистр «загрузить» любой двоичный счёт, выдаваемый счётчиком, тем самым обновив выход схемы АЦП; во-вторых, счётчик получит «низкий» сигнал на входе ЗАГРУЗКА с активным «низким» уровнем, что приведёт к его сбросу на 00000000 при следующем тактовом импульсе.

Эффект этой схемы заключается в создании выходного сигнала ЦАП, который линейно увеличивается до любого уровня аналогового входного сигнала, выводит двоичное число, соответствующее этому уровню, и начинает всё сначала. Временной график выглядит так:

Рис. 2. Временной график многоступенчатого АЦП.
Рис. 2. Временной график многоступенчатого АЦП.

Обратите внимание, как время между обновлениями (новые значения цифрового выхода) изменяется в зависимости от того, насколько высокое входное напряжение. При низких уровнях сигнала обновления происходят довольно близко друг к другу. Для более высоких уровней сигнала они разнесены во времени дальше:

Рис. 3. В многоступенчатом АЦП чем ниже уровни сигнала, тем чаще обновления.
Рис. 3. В многоступенчатом АЦП чем ниже уровни сигнала, тем чаще обновления.

Для многих приложений АЦП такое изменение частоты обновления (времени выборки) неприемлемо. Это, а также тот факт, что схема должна считать от нуля в начале каждого счетного цикла, что приводит к относительно медленной выборке аналогового сигнала, ставит АЦП с цифровым линейным изменением в невыгодное положение по сравнению с другими счётными походами.

См.также

Внешние ссылки