Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
065. АЦП ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ
Преобразователь последовательного приближения, называемый в литературе также АЦП с поразрядным уравновешиванием, в настоящее время является наиболее распространенным вариантом последовательных АЦП. Он был изобретен Б. Гордоном (США) более 40 лет назад. Среди наиболее интересных приборов этого типа следует отметить 12-разрядный AD574, разработанный в 1978 г. П. Холлоуэем. Этот АЦП, имеющий время преобразования 35 мкс и бывший долгое время, по существу, промышленным стандартом, и сегодня фигурирует в каталоге фирмы Analog Devices.
В основе работы этого класса преобразователей лежит принцип дихотомии, т. е. последовательного сравнения измеряемой величины с 1/2, 1/4, 1/8 и т. д. от ее полной шкалы. Это позволяет для N-разрядного АЦП последовательного приближения выполнить весь процесс преобразования за N последовательных шагов (итераций) вместо 2N – 1 при использовании последовательного счета и получить существенный выигрыш в быстродействии. Так, уже при N = 10 этот выигрыш достигает 100 раз и позволяет получить с помощью таких АЦП до 105...106 преобразований в секунду. В то же время статическая погрешность этого типа преобразователей, определяемая в основном используемым в нем ЦАП, может быть очень малой, что позволяет реализовать разрешающую способность до 18 двоичных разрядов при частоте выборок до 200 кГц (например, DSP101 фирмы Burr-Brown).
Рассмотрим принципы построения и работы АЦП последовательного приближения на примере классической структуры 4-разрядного АЦП (Рис. 9.11).
Он состоит из трех основных узлов (Рис. 9.11а): компаратора, регистра последовательного приближения (РПП) и ЦАП. После подачи команды «Пуск» с приходом первого тактового импульса РПП принудительно задает на вход ЦАП код, равный половине его шкалы (для 4-разрядного ЦАП это 10002= 810). Благодаря этому, напряжение KFB на выходе ЦАП (Рис.9.11).
где h — квант выходного напряжения ЦАП, соответствующий единице младшего разряда (ЕМР). Эта величина составляет половину возможного диапазона преобразуемых сигналов. Если входное напряжение больше, чем эта величина, то на выходе компаратора устанавливается 1, если меньше, то 0. В последнем случае схема управления должна переключить старший разряд d3 обратно в состояние нуля. Непосредственно вслед за этим остаток
таким же образом сравнивается с ближайшим младшим разрядом и т. д. После четырех подобных выравнивающих шагов в регистре последовательного приближения оказывается двоичное число, из которого после цифро-аналогового преобразования получается напряжение, соответствующее KIN с точностью до 1 ЕМР. Выходное число может быть считано с РПП в виде параллельного двоичного кода по N линиям. Кроме того, в процессе преобразования на выходе компаратора, как это видно из Рис, 9,110, формируется выходное число в виде последовательного кода старшими разрядами вперед.
Точность АЦП последовательного приближения определяется точностью источника опорного напряжения, компаратора и, главным образом, точностью ЦАП. В современных АЦП используются параллельные ЦАП на коммутируемых конденсаторах (с суммированием заряда). Обеспечить монотонность их характеристик преобразования очень непросто. Как следствие АЦП высокого разрешения могут иметь пропуски кодов. Например, 2-канальный 18-разрядный аудио-АЦП РСМ1750 не обеспечивает даже 16-разрядного разрешения без пропуска кодов.
Быстродействие АЦП данного типа определяется суммой времени установления fa ЦАП до стационарного значения с погрешностью, не превышающей 0.5 ЕМР, времени переключения компаратора tcom и задержки распространения сигнала в регистре последовательного приближения tD. Сумма tсом + tD является величиной постоянной, a fa уменьшается с уменьшением веса разряда. Следовательно, для определения младших разрядов может быть использована более высокая тактовая частота. При поразрядной вариации tс возможно уменьшение времени преобразования tcom на 40%. Для этого в состав АЦП может быть включен специальный контроллер.
При работе без УВХ на входе апертурное время равно времени между началом и фактическим окончанием преобразования, которое так же, как и у АЦП последовательного счета, по сути, зависит от входного сигнала, т. е. является переменным. Возникающие при этом апертурные погрешности носят также нелинейный характер. Поэтому для эффективного использования АЦП последовательного приближения, между его входом и источником преобразуемого сигнала следует обязательно включать УВХ. Большинство выпускаемых в настоящее время ИМС АЦП последовательного приближения (например, 12-разрядный МАХ191, 16-разрядный AD7882 и др.) имеют встроенные или следящие УВХ (track-hold), управляемые сигналом запуска АЦП. Следящее УВХ отличается тем, что постоянно находится в режиме выборки, переходя в режим хранения только на время преобразования сигнала.
Данный класс АЦП занимает промежуточное положение по быстродействию, стоимости и разрешающей способности между последовательно-паралдельными и интегрирующими АЦП и находит широкое применение в системах управления, контроля и цифровой обработки сигналов. Промышленность изготавливает сотни моделей АЦП последовательного приближения разрядностью от 8 до 18 и с быстродействием до 500 кПс.