Принципы построения АЦП

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 2^n-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 (поскольку2^n-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.

Поиск по сайту: