Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

Для введения в ЭВМ сигналов от аналоговых датчиков чаще всего используются аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Принцип работы.Существует несколько способов аналого-цифрового преобразования, но самые распространенные среди них два: метод с интегрированием и метод последовательных сравнений.

Продолжительность преобразования аналогового сигнала в восьмиразрядный код методом с интегрированием обычно составляет 1-20 мс, а методом последовательных сравнений 10-30 мкс.

Основные критерии для выбора необходимого АЦП - время преобразования, точность и стоимость преобразователя. Преобразователи, работающие по методу с интегрированием, имеют малую стоимость и превосходную точность, но отличаются относительно большой продолжительностью преобразования. Метод последовательных сравнений обеспечивает высокую скорость преобразования, но стоимость преобразователей, работающих по этому принципу, резко растет по мере увеличения необходимой точности преобразования.

АЦП с интегрированием

При аналогово-цифровом преобразовании с интегрированием могут использоваться несколько вариантов: с одним, двумя и более наклонами интегрирования. Наиболее широко используется метод с двумя наклонами интегрирования (с двойным интегрированием) (рис. 10.2.1а). Схема такого преобразователя содержит интегратор на основе усилителя У₁ с цепью RC₁ и компаратор на усилителе У₂. Такой преобразователь имеет хорошую линейность характеристики, малые шумы и низкую стоимость. Его рабочий цикл содержит три периода (рис. 10.2.1б): коррекция нуля (Ф1), интегрирование входного сигнала (Ф2) и интегрирование опорного напряжения (Ф3).

Рис. 10.2.1. АЦП с двойным интегрированием. а) схема; б) временная диаграмма

Сначала, в течении периода Ф1, производится автоматическая коррекция сигнала ошибки путем регулировки напряжения смещения. При этом вход преобразователя замыкается на корпус, организуется петля обратной связи и информация об ошибке запоминается на конденсаторе С₂. В следующем периоде Ф2 производится интегрирование входного сигнала и одновременно отсчет некоторого постоянного числа тактовых импульсов. В конце этого периода на выходе интегратора получается напряжение, пропорциональное значению входного сигнала. В последнем периоде Ф3 на вход интегратора вместо исходного сигнала подается опорное напряжение противоположной полярности. Одновременно производится счет тактовых импульсов, и так вплоть до выравнивания напряжения с уровнем сравнения компаратора. Цифровой эквивалент входного сигнала определяется следующим образом. Если Т₂ - длительность первого интервала интегрирования (период Ф2), а Т₃ - длительность второго интервала интегрирования (период Ф3), измеряемые путем подсчета тактовых импульсов, то цифровое значение входного сигнала .

При способе преобразования с двойным интегрированием точность преобразования не зависит от емкости конденсатора и частоты тактового генератора при условии их стабильности в течение короткого периода интегрирования, а зависит лишь от стабильности опорного напряжения. Еще одним достоинством этого способа является чрезвычайно низкий уровень шумов. Недостаток метода в сравнительно большой продолжительности преобразования.