Принцип аналого-цифрового преобразования информации

Рис. 2

Напряжения с выходов триггеров передаются на выход ЦАП через операционный усилитель (ОУ), работающий в режиме взвешенного суммирования напряжений (аналогового сумматора). Для каждого триггера предусматривается отдельный вход в сумматоре с коэффициентом передачи

Ki=Rос/Rвхi=Rос/(R*2n-i)=Rос2* -n-i/R

Таким образом, напряжение с выхода триггера n-го разряда передается на выход усилителя с коэффициентом передачи: Кoc=Roc/R, этот коэффициент для (п - 1)-го разряда

Кn-1 =2-1 Roc/R для (п - 2) -го разряда Кn-2 =2-2 Roc/R и т.д.

Обратим внимание на то, что коэффициенты передачи усилителя с отдельных его входов находятся в том же соотношении, что и весовые коэффициенты соответствующих разрядов двоичного числа. Так, Кп в два раза больше Кn-1 и весовой коэффициент n-го разряда в два раза больше весового коэффициента (п-1) -го разряда: Следовательно, напряжения, передаваемые на выход усилителя с выходов триггеров отдельных разрядов, находящихся в состоянии 1, пропорциональны весовым коэффициентам разрядов. Если в состоянии 1 находятся одновременно триггеры нескольких разрядов, то напряжение на выходе усилителя равно сумме напряжений, передаваемых на этот выход от отдельных разрядов двоичного числа в регистре: аn, ап-1, ., а1). Тогда напряжение на выходе усилителя

Здесь N - десятичное значение двоичного числа, введенного в регистр. Из последнего выражения видно, что напряжение на выходе ЦАП пропорционально числу в регистре.

Рассмотрим работу ЦАП в случае, когда на триггерах 1 п построен двоичный счетчик. Если подать на вход этого счетчика последовательность импульсов, то с приходом каждого очередного импульса число в счетчике будет увеличиваться на единицу и напряжение на выходе ЦАП будет возрастать на ступеньку, соответствующую единице младшего разряда счетчика. Таким образом, напряжение на выходе ЦАП будет иметь ступенчатую форму, как показано на рис.3.

Рис. 3

После поступления 2n - 1 импульсов все разряды счетчика будут содержать 1, на выходе ЦАП образуется максимальное напряжение

При большом числе разрядов 2>> 2(n-1) и Uвых max = 2ERос/ R

Далее очередным импульсом счетчик будет сброшен в нулевое со- стояние, нулевым будет и выходное напряжение ЦАП. После этого счетчик начинает счет импульсов сначала, и на выходе ЦАП вновь формируется напряжение ступенчатой формы.

Суммарная абсолютная погрешность преобразования должна быть меньше выходного напряжения, соответствующего единице младшего разряда входного двоичного числа:

Отсюда можно получить условие для относительной погрешности:

Η = ΔUвых/Uвыхmax<2-(n-1)/(2-2-(n-1))=2-n

Недостатки рассмотренной схемы преобразователя:

используются высокоточные резисторы с различными значениями сопротивления;

трудно обеспечить высокую точность выходного напряжения триггеров.

Схема ЦАП с суммированием токов

На рис. 4 показан еще один вариант схемы ЦАП - схема с суммированием токов в резисторной матрице. Вместо источника стабильного напряжения Е в данной схеме используются источники стабильного тока I. Если триггер находится в состоянии 1, ток I источника через открытый ключ втекает в резисторную матрицу, если триггер в состоянии 0, то открывается другой ключ, который замыкает источник. На рис. 5,а показана схема, соответствующая числу 10002. Путем преобразования она приводится к эквивалентным схемам на рис. 20.4,6 и в, откуда следует UА4=Uвых=2/ЗR1. Такое же напряжение образуется в любой из точек А1, А2 ,А3 ,А4, если соответствующий разряд регистра содержит 1. При передаче напряжения между этими точками напряжение делится на два и, следовательно, выходное напряжение

Рис. 4 Рис. 5

Аналого-цифровые преобразователи

По своей структуре схемы АЦП делятся на два типа: схемы, содержащие цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), и схемы, не содержащие ЦАП.

АЦП с промежуточным преобразованием напряжения во временной интервал

Схема преобразователя данного типа приведена на рис. 6,а, временные диаграммы, иллюстрирующие процессы в преобразователе, - на рис. 6,6. В схеме этого типа ЦАП не используется. Рассмотрим работу преобразователя. Очередным тактовым импульсом счетчик сбрасывается в нулевое состояние и одновременно запускается генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Выходное напряжение ГЛИН поступает на входы компараторов К1 и К2, на другие входы которых подаются соответственно нулевое напряжение и подлежащее преобразованию в числовую форму напряжение Uвх на входе схемы (Вх). В момент времени, когда линейно изменяющееся напряжение, нарастая от небольших отрицательных значений, проходит нулевое значение, выдает импульс первый компаратор. Этим импульсом триггер устанавливается в состояние 1. В момент, когда линейно изменяющееся напряжение достигает значения Uвх, выдается импульс вторым компаратором. Этим импульсом триггер возвращается в состояние 0.

Читайте также

Разработка макета для исследования металлических проводниковых материалов
Автоматизация производства процесс в развитии машинного производства, при котором часть или весь комплекс операций по качественному преобразованию состояния исходного сырья, управлению ...

Проектирование системы управления вентильным преобразователем
Вентильные преобразователи широко применяются для преобразования энергии, вырабатываемой и передаваемой в виде переменного напряжения промышленной частоты 50Гц в электрическую энергию др ...

Разработка конструкции и технологического процесса изготовления диффузионного резистора
Разработать конструкцию и выбрать технологический процесс изготовления диффузионного резистора в составе ИМС. Программа выпуска - 50000 шт. в год. Выпуск ежемесячный. Параметры ...