АЦП последовательного счета с предварительным преобразованием напряжения во временной интервал: схема, работа, достоинства, недостатки.

2. АЦП последовательного счета с предварительным преобразованием напряжения во временной интервал.

В начальный момент времени, когда сигнал R=1, ключ S замкнут, на выходе интегратора – «0». Соответственно на выходе компаратора «1» и вентиль открыт. Импульсы f_T, поступают на вход счетчика, однако последним не подсчитываются, так как на его вход сброса R подан сигнал логической единицы. В момент времени t₀ сигнал R становится равным «0». Счетчик начинает считать поступающие на его вход импульсы, одновременно с этим ключ S размыкается и напряжение U_S начинает возрастать по линейному закону. До тех пор, пока напряжение U_S не достигнет U_IN, на выходе компаратора будет «1» и все импульсы будут проходить на вход счетчика и подсчитываться. В момент времени t₁ U_S=U_IN, напряжение U_K станет равным «0». Импульсы перестают поступать на вход счетчика. Этот же сигнал компаратора может служить сигналом окончания процесса преобразования. Количество импульсов N за время Dt=t₁-t₀ определяется приведенным выше соотношением.

Достоинства: 1) Самая простая схема АЦП. 2) Счетчик может быть любого типа (двоичный или двоично-десятичный), что очень удобно для отображения результата преобразования на цифровом индикаторе.

Недостатки: 1) Максимальное время преобразования =2ⁿ тактов. 2) Прослеживается сильная зависимость показания счетчика от R, C и f_T. Для обеспечения требуемой точности R и C должны иметь минимальный температурный коэффициент. Нестабильность f_T также должна быть низка. Реально >8 разрядов по данной схеме преобразования получить проблематично.

Метод двойного интегрирования в АЦП последовательного счета.

3. Метод двукратного интегрирования.

Использование этого метода для снижения влияния R,C, f_T.

(1)

, где

(2)

Первая фаза характеризуется замкнутым S3 и разомкнутыми S1 и S2. На выходе интегратора «0». В момент t₀ S3 размыкается, а S2 замыкается, начинается процесс интегрирования входного сигнала с нулевыми начальными условиями. Этот процесс продолжается строгое Dt₁, определяемое логическим устройством схемы путем подачи числа тактовых импульсов N₁ с частотой f_T. Прямые, изображенные на рисунке характеризуют разные величины входного напряжения. По достижению числа N интегрирование входного напряжения прекращается. Ключ S2 размыкается, начинается интегрирование опорного напряжения (замыкается S1). Интегрирование происходит не с нулевыми начальными условиями. Так как U_R имеет противоположный знак, на выходе интегратора формируется линейно-убывающее напряжение и этот процесс продолжается до тех пор, пока это напряжение не достигнет «0» (t₂) формула (2). За Dt₂ число импульсов N₂, подсчитанных логическим устройством, определяется формулой (3), из которой видно, что ни величина RC, ни f_T не влияют на точность получения подсчитанного числа импульсов N₂. Реально только U_R и определяет точность АЦП.

Следящий АЦП последовательного счета: схема, работа, достоинства,

Недостатки.

1.Следящие АЦП.

Vmax=ULSB/Dt

При включении питания счетчик сброшен. На выходе ЦАП – 0, на выходе компаратора – 1. Счетчик при этом работает в режиме суммирования. С приходом каждого импульса синхронизации состояние счетчика будет увеличиваться на единицу. В режиме суммирования счетчик будет работать до тех пор, пока напряжение ЦАП, соответствующее состоянию счетчика, не достигнет и превысит напряжение входа, состояние компаратора изменится на обратное, соответственно счетчик перейдет в режим вычитания. С каждым импульсом синхронизации в этом случае будет изменяться режим счетчика, и вся схема будет работать в режиме слежения. Для считывания информации рекомендуется отбрасывать младший разряд. При изменении преобразуемой величины напряжения входа, аппроксимирующая ступенчатая кривая будет отслеживать это изменение, если скорость изменения не превышает Vmax.

Достоинство: Простота.

Недостаток: При величине входного напряжения близкого к Umax время преобразования достигает 2ⁿ тактов.

32.Счетчик Джонсона.

Модуль счета не 2ⁿ, а 2*n. К_сч=2*n. j=2π/2n – сдвиг.

Счетчик Джонсона строится по принципу регистра сдвига. Вход D каждого последующего триггера соединен с выходом предыдущего. Вход D первого триггера соединяется с выходом не-Q последнего триггера. Модуль счета такого счетчика всегда равен 2n. На выходах Q формируется последовательность типа меандр со сдвигом фаз j=2π/2n. Такие устройства удобно использовать, когда требуется получить несколько последовательностей импульсов со строго фиксированным сдвигом фаз. Наибольшее распространение получил 2-х разрядный счетчик Джонсона, обеспечивающий получение 2-х последовательностей импульсов со сдвигом фаз π/2 (квадратурные сигналы).