Электроника:Цифровая электроника/Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования/Цифровые ступенчатые АЦП
| Поддержать проект | Содержание | Теория | Практика | Проверка знаний | Рецепты | Резерв | Резерв | Резерв | Резерв | Резерв |
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:
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:
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:
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.