АЦПбывают разных типов: из дискретных компонентов, в виде ИС, высокопроизводительных гибридных схем, модулей и даже блоков. Также АЦПизготавливаются в виде стандартных ячеек для применения в специализированных ИС. АЦП- это преобразователи, конвертирующие аналоговые данные, обычно напряжение в эквивалентный цифровой сигнал, совместимый с цифровыми устройствами обработки данных. Основными характеристиками АЦПявляются: абсолютная и относительная погрешность, линейность, разрешающая способность, скорость преобразования, стабильность, способность не пропускать коды и стоимость. Довольно часто, особенно когда цена АЦПимеет решающее значение, применяют преобразователи, реализованные из дискретных компонентов и в виде монолитных ИС. Наиболее популярными являются АЦП,построенные на принципе последовательного приближения, которые дают возможность найти хороший компромисс между быстродействием и точностью. Когда не требуется высокая скорость преобразований, часто применяются интегрирующие АЦПи преобразователи напряжения в частоту. В настоящее время методы проектирования АЦПхорошо отработаны. В этом разделе будут даны краткие описания наиболее распространенных архитектур АЦП.Более подробную информацию об АЦП можно найти в специализированной литературе, например, [4].
Таблица 5.1.Простой двоичный и дробный двоичный коды
Самым известным цифровым кодом является двоичный (т.е. код с основанием 2). Наиболее часто двоичный код используется для представления целых чисел.
5.4. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) I
При этом целое число в простом двоичном коде имеет вид «-разрядного слова, в котором вес младшего значащего разряда (МЗР) равен 2° (т.е. единице), вес следующего разряда —2' (т.е. 2) и так далее до старшего значащего разряда (СЗР), вес которого определяется значением 2n-1 (т.е 2"/2). Значение целого числа получается при сложении весов всех ненулевых разрядов. В двоичном виде можно представить любые целые числа в интервале 0. .. 2n-1. Добавление дополнительных разрядов позволяет значительно увеличивать максимальное значение целого числа, которое можно представить двоичным словом.
Таблица 5.2. Веса двоичных разрядов и разрешающая способность
При преобразовании сигналов аналоговых датчиков удобнее пользоваться дробным двоичным кодом [4]. Для того чтобы простой двоичный код преобразовать в дробный, все целые значения необходимо разделить на 2n Тогда вес СЗР должен равняться 1/2 (поскольку2n-1/2n), вес следующего бита — 1/4 (т.е. 2 2) итак далее до МЗР, вес которого будет равен 1/2n (т.е. 2n). Сумма нормализованных разрядов может быть равна любому из 2n значений в интервале 0...(1-2n), что составляет полную шкалу датчика.
Дополнительные разряды повышают разрешение датчика, не оказывая никакого влияния на его диапазон измерений. В таблице 5.1 приведен список Означений пятиразрядного слова, лежащих в интервале 0...1, и их двоичные веса. Здесь
200Глава 5. Интерфейсные электронные схемы
также показаны эквиваленты чисел, выраженных в десятичном, простом двоичном и дробном десятичном кодах.
Когда все разряды простого двоичного кода равны «1», ему соответствует значение в дробном двоичном коде 1—2n. Строго говоря, это число надо записать как 0.1111 (=1 —0.0001). Но на практике это число чаще всего обозначается, как 1111 (т.е. 15), но все при этом понимают, что речь идет о числе 15/16 или 1111/(1111+1).
В таблице 5.2 приведен список весов двоичных разрядов в двоичных числах, разрядность которых меняется в диапазоне 1...20 разрядов. Однако на практике разрядность датчиков редко превышает число 16.
Вес, соответствующий МЗР, является разрешающей способностью я-разряд-ных преобразователей. Числа в колонке, выраженной в дБ, равны десятичным логарифмам отношения МЗР к полной шкале измерения (т.е. 1), умноженным на 20. Каждая последующая степень числа 2 соответствует изменению чисел на 6.02 дБ (или 201g2), что часто называют изменением 6 дБ на октаву.