Метод последовательных приближений.

АЦП на основе этого метода использует ЦАП, управляемый регистром последовательных приближений (РПП). На каждом шаге ЦАП выдаёт напряжение U(Z), которое сравнивается с напряжением из УВХ.

Рис.4.10.

В течении времени хранения информации в УВХ регистр пошагово заполняет ЦАП единицами числа Z, начиная со старшего разряда.

Допустим ЦАП имеет 4 разряда. Если на первом шаге V> U(1000), то эта старшая 1 записывается в РПП. На втором шаге РПП добавляет 1 в следующий старшший разряд ЦАП: U(1100). Допустим сравнение даёт V< U(1100). Тогда эта 1 не записывается и на её месте остаётся 0. На третьем шаге РПП добавляет 1 в следующий старший разряд ЦАП: U(1010). Сравнение V и U(1010) покажет принять ли эту 1 или оставить на её мете 0. Процедура продолжаеется до младшего разряда. Полученное таким образом число Z есть числовой код входного напряжения.

Описанную процедуру выполняет схема , приведённая на рис.4.9 а). Регистр последовательных приближений дан на рис.4.9 б). Рассмотрим его работу.

РПП содержит сдвиговый регистр на D-триггерах и ряд триггеров Т типа"защёлка", каждый из которых связан с соответствующим D-триггером. Исходное состояние задаётся сигналом R, обнуляющим все триггеры. Первый D-триггер в сдвиговом регистре на своём инверсном выходе имеет при этом 1. Импульсы генератора ГИ будут продвигать 1 по регистру.

Единица, поступившая в очредной разряд, во-первых, увеличивает число Z и U(Z) и приводит к вырабатки очередной сигнала сравнения D, и , во-вторых, открывает защёлку по входу С, принимая сигнал D. С уходом 1 значение D сохраняется в триггере-защёлдке.

Единица, пришедшая в разряд Z0 , производит обычные действия, и ароме трго, почти одновременно записывается в последний D-триггер и сохраняется в нём до появления сигнала общего обнуления R.

Числовой код АЦП сохраняется в триггерах-защёлках и присутствует на выходах элементов 2ИЛИ.

Следящий АЦП

Построение следящего АЦП основано на принципе системы с отрицательной обратной связью. Напряжение обратной связи U(Z) от счётчика через ЦАП (см.рис.4.11) постоянно стремится скомпенсировать входное напряжение V. Если V > U(Z), то счётчик, работающий от генератора с частой Fвч, набирает показание. В противном случае V < U(Z), срабатывает сигнал реверса и счётчик сбрасывает показание.

Рис.4.11

Показания счётчика (а это и есть код числа V) с частотой дискретизации фиксируются в приёмном регистре или передаются следующим устройствам. При быстром изменении входного напряжения V счётчик не успевает отрабатывать разность [V – U(Z)] . Возникает погрешность, с которой можно бороться, увеличивая быстродействие счётчика, ЦАП и компаратора.

Идея метода состоит в следующем. Конденсатор С через сопротивление R заряжается постоянным током V/R в течении фиксированного времени t1 и накапливает заряд, равный (VС/R)*t1. Затем, конденсатор С разряжается другим постоянным током (Vоп/R) от фиксированного источника Vоп через прежнее сопротивление R . Полный разряд произойдёт за время t2. Заряд, который уйдёт с конденсатора, выражается соотношением: (Vоп С/R)*t2. Приравняв заряды, выразим величину входного напряжения V:

V = Vоп *(t2/ t1) (4.1)

В данной задаче нас интересует числовой код напряжения V. Для этого здесь используются следующие приёмы. Перед подключением источника V счётчик обнулён (все его разряды содержат нули: 000…0). С момента подключения он начинает считать до состояния 111…1, т.е. до Zmax и на следующем (Zmax + 1) такте он перейдёт в состояние 000…0. Таким образом, время заряда ёмкости С будет равно t1 = (Zmax+ 1)*Т, где Т период счётных импульсов генератора Г. В момент, когда в счётчике появилось показание 000…0, произойдёт отключение источника V, который заряжал ёмкость, и подключение Vоп противоположной полярности, который будет её разряжать. Полярность напряжения на ёмкости при разряде сохраняется, компаратор не переключается, схема "И" пропускает импульсы генератора в счётчик, и он продолжает считать.

Рис.4.12

Счётчик остановиться, когда, конденсатор полностью разрядится, когда на выходе ОУ сменится полярность, компаратор закроет элемент "И" и импульсы от генератора перестанут поступать в схему. В счётчике, при этом накопится некоторое число Z, определяющее время разряда конденсатора t2 = Z*Т.

Используя (4.1), и учитывая выражения для t1 и t2 , получим числовой код входного напряжения V:

Z = (V/ Vоп)(Zmax+ 1) (4.2)

Сделаем некоторые замечания по схеме рис.4.12. Как видно из выражения (4.2) в него не входят элементы R и С, а значит они не влияют на точность измерений. Назначение ключей S легко понять, если понятен принцип функционирования схемы.

Рис.4.13

На рис.4.13 приведены диаграммы заряда конденсатора в течениевремени t1 под действием источника V, и его разряда под действием источника источником Vоп противоположной полярности.