Тема Математическое введение в цифровую технику. 1-1

АЦП с непосредственной оценкой. В основе метода непосредственной оценки лежит принцип одновременного сравнения входного напряжения со всеми квантованными уровнями. АЦП, построенные по такому принципу, называются еще параллельными. Для реализации такого принципа АЦП в своей структуре должен содержать 2ⁿ компараторов, где n – количество разрядов выходного двоичного кода (рис. 9.9). Каждый j-й компаратор DA1.j срабатывает при j-ом квантованном уровне. Самый первый компаратор DA1.1 имеет в качестве порогового напряжения квантованный уровень Q, второй компаратор DA1.2 – квантованный уровень 2Q и т.д. Пороговые уровни задаются резистивным делителем, состоящим из 2ⁿ⁺¹ одинаковых резисторов R, делящим опорное напряжение U_REF на m равных значений. Если на входе j-ого компаратора амплитуда входного аналогового сигнала U_вх превышает текущий квантованный уровень, то на его выходе формируется логическая единица. В противном случае на выходе этого компаратора формируется логический нуль. Сигналы с выходов всех компараторов поступают на вход быстродействующего двоичного шифратора DD1. На выходе этого шифратора формируется двоичный код, соответствующий максимальному номеру входа, на который поступает логическая единица с выхода соответствующего компаратора.



Рис. 9.9. Структурная схема АЦП с непосредственной оценкой.

Так как все компараторы срабатывают одновременно, то преобразование осуществляется за один такт. Преимущество параллельного АЦП заключается в его максимальном быстродействии по сравнению с АЦП других типов. Максимальная частота f_c.max преобразования таких АЦП может достигать сотен МГц, что делает их незаменимыми в радиотехнике. Между тем очевиден недостаток параллельных АЦП – слишком сложная аппаратная реализация, связанная с большим количеством компараторов и резисторов делителя, геометрически возрастающим с увеличением разрядности выходного кода. Поэтому, параллельные АЦП имеют обычно не высокую разрядность выходного кода.

В заключение можно отметить, что функция АЦП в условных графических обозначениях задается комбинациями символов «D/A» или «/#», а в маркировке микросхем – символами «ПВ». В последнее время широкое распространение получили АЦП и ЦАП с последовательной передачей выходного и входного кодов соответственно. Это означает, что передаваемый из преобразователя или в преобразователь двоичный код представляется не в параллельном, а в последовательном виде. Т.е. все разряды двоичного кода передаются по одному каналу поочередно путем их сдвига. Такая организация интерфейса обмена данными позволяет сократить число выводов микросхемы преобразователя. Например, существуют микросхемы АЦП и ЦАП всего с восемью выводами и произвольной разрядностью двоичного кода. В структуре таких преобразователей присутствуют регистры сдвига, заполняемые или считываемые с помощью специальных синхронизирующих передачу импульсов «Clock». Разумеется, что такая организация обмена данными снижает производительность преобразователя, которая в некоторых случаях начинает определяться не собственно частотой преобразования, а скоростью передачи двоичного кода. Преобразователи с последовательной передачей кода широко используются при обработке сигналов в диапазоне звуковых частот, т.е. не превышающих десятки кГц.


Контрольные вопросы.
1. Какие методы дискретизации аналоговых сигналов Вам известны?
2. Какие характеристика АЦП и ЦАП определяют их точность?
3. Какими недостатками обладает структура ЦАП с резисторами R/2ⁱ?
4. Опишите принцип функционирования ЦАП с резисторной матрицей R-2R.
5. Сформулируйте принцип аналого-цифрового преобразования методом последовательного счета.
6. Почему АЦП последовательного приближения обладает более высоким быстродействием по сравнению с АЦП последовательного счета?
7. АЦП каких типов следует выбрать при оцифровке аналоговых сигналов с частотами в диапазоне сотен МГц и в диапазоне единиц Гц?
8. Каким преимуществом и недостатком обладает последовательный канал передачи двоичного кода в ЦАП или из АЦП?