Так как каждому номеру s уровня квантования соответствует цифровой эквивалент Nsx, то в результате рассматриваемого процесса вырабатывается код Njf, снизанный с входным напряжением Ux зависимостью вида

Ux-k[jNx=±Wx.

где кц - масштаб преобразования; AUx -шаг квантования; £<0,5. Линейные АЦП имеют

.+ 1

= kr, - const.

(4.63)

(4.64)

/=п-I

поэтому для двоичного кода = 2 / 2 уравнение, моделируемое в

процессе преобразования, запишется в виде

2 -1+ . . . + - 2+ а ) = Шх

Лтах-

Ux~{-n-U

2

(4.65)

где U =(Ux) + W.

В соответствии с уравнением (4.65) структурная схема любого АЦП (рис. 4.3Ч) состоит ИЗ аналоговой и цифровой частей. Аналоговая часть АЧ

включает аналоговое запоминающее устройство АЗУ измерительных Эталонных

г о

Рис. 4.3Я. АЦП.

Структурная схема

напряжений f/gTi, устройство формирования уровней УФУ любого из 2 дискретных уровней t/gxs сетки квантования, блока сравнения БС входного напряжения Ux с уровнями. Цифровая часть ЦЧ состоит из устройства управления УУ и цифрового запоминающего устройства ЦЗУ. УУ осуществляет процедуру (алгоритм) определения коэффициентов а, а ЦЗУ обеспечивает фиксацию этих коэффициентов и образование на их основе цифрового эквивалента Nx, удовлетворяющего уравнению (4.65).

Точность АЦП в статическом режиме {Ux - const) определяется ошибками квантования бм и инструментальными ошибками блока сравнения напряжений и устройства формирования эталонных уровней S.

При проектировании аналоговой части АЦП обычно выполняется усло-

(4.66)

Динамическая ошибка АЦП также не должна превышать половины шага квантования по уровню, т. е.

IdUx]

Л dt }п

2П+1

(4.67) (4.68)

- время одного цикла преобразования - время реализации алгоритма; /Пц,- число шагов алгоритма; t= tg + п время одного шага, зависящее от времени установления переходных процессов в аналоговых блоках и времени задержки в цифровых блоках АЦП.

Быстродействие АЦП имеет большое значение при реализации многоканального принципа работы, так как в этом случае время между моментами обработки напряжения u одного из q каналов

Многоканальный АЦП (МАЦП) (рис. 4.40) имеет большие статическую и динамическую ошибки, чем базовый АЦП, за счет погрешностей аналогового /4 К и цифрового ЦК коммутаторов. Алгоритмы выполнения аналого-цифрового преобразования различаются в зависи-

мости от набора эталонных измерительных напряжений Ui, хранимых в постоянном АЗУ, и метода образования на их основе 2 о-уровней f/gj кодирующей сетки.

Наибольшее распространение в гибрид- ? ° ~П J

ных вычислительных системах получили АЦП,

в которых используются следующие методы: р 4 4 Структурная схе-счета единичных приращении, поразрядного многоканального АЦП.

уравновешивания и непосредственного отсчета.

АЦП, работающие по методу счета единичных приращений. Преобразователи этой группы используют в наборе лишь один эталонный источник U.

равный шагу квантования AU = Алгоритм образования полной сетки

уровней квантования реализуется в виде многократного суммирования, при котором к предыдущему значению U., выработанному в момент t, в момент <s-Ь ц, прибавляется напряжение Uji.

к+т = то к +mtUt + + mc\u+it +

+ + тМи+т = 2 mdiu- (4.69)

Выражение (4.69) описывает структуру записи числа /V в единичном коде, поэтому алгоритм преобразования сводится к накоплению суммы единичных приращений At/ до момента равенства этой суммы входному напряжению Ux. Число суммирований подсчитывается двоичным счетчиком, который играет роль формирователя и запоминающего устройства цифрового эквивалента Nx- АЦП этого типа выполяняются по циклическому или следящему принципу действия. В первом случае каждый новый цикл преобразования начинается с приведения схем в исходное - нулевое состояние, что существенно повышает надежность работы преобразователя.

В следящих АЦП каждый новый цикл преобразования базируется на данных предыдущего цикла, поэтому переход от цикла / к циклу / + 1 при выполнении условия (4.67) осуществляется за время одного шага алгоритма. Структурная схема циклического АЦП счетного принципа действия с аналоговым генератором пилообразного напряжения ГЯ , играющего роль УФУ по эталонному напряжению AU = const, изображена на рис, 4.41.

счета

ОШчание счета

время t - Т . Число импульсов пропорционально входному напряжению: 1

Ус1п 0

N = tf.=TUjUx = kUx.

Рис. 4.41. Структурная схема счетного АЦП.

По окончании цикла t = Т осуществляется съем кода N со счетчика и сброс последнего в нулевое состояние. Затем преобравование повторяется сначала под воздействием запускающего импульса Начало счета от РИ- ГТИ, РИ, В и Сч представляют цифровую часть АЦП, источник AU, ГПН и СС-его аналоговую часть.

Инструментальная точность рассматриваемого АЦП определяется ошибками эталона 8, генератора пилообразного напряжения 62 и схемы сравнения 63:

= Bj + 82 + В3.

Так как точность и стабильность опорного источника на кремниевых стабилитронах составляет 10 - 10~* то основное влияние на ошибку 8 оказывают ошибки интегратора и схемы сравнения. Если в качестве ГПН используются высококачественные интегрирующие RC -усилители с положительной (рис. 4.42, а) или отрицательной (рис. 4.42, б) обратной связью, то при Г я 1 МС можно обеспечить ошибки и (0,01...0,005)%, которые критичны к температурным изменениям. Наличие интегрирующей емкости затрудняет микроминиатюризацию ГПН, поэтому более перспективным типом ГЯЯ является преобразователь код - напряжение (рис. 4.42, в), точностные характеристики которого выше, чем у ГПН с ОУ.

Статическая точность схем сравнения, выполненных на основе транзисторных балансных операционных усилителей постоянного тока и оконечного порогового элемента - триггера определяется в нормальных условиях работы чувствительностью порядка десятых долей - единиц милливольт, что соответствуетбз (0,5...0,1). 10-2%для £/, ах~(3-10)В. Более простые диод-но-регенеративные схемы сравнения, обеспечивающие ошибку порядка

Пилообразное напряжение t/gs = генерируется ГПН с момента

подачи импульса Начало счета, который поступает от генератора тактирующих импульсов ГТИ через распределитель импульсов РИ в момент t одновременно на триггер Тг и ГПН. Триггер устанавливается в положение 1 . и его выходное высокое напряжение разрешает прохождение через вентиль В счетных импульсов = const от РИ на счетчик Сч. Эталонное напряжение поступает на схему сравнения СС, которая в момент равенства Ux - i/gs = О выдает импульс Окончание счета, перебрасывающий Тг в положение О . Низкое выходное напряжение Тг запрещает прохождение импульса и через В на Сч, и последний -оЦ. фиксирует на разрядных ячейках двоичный код N, соответствующий числу импульсов fc поступивших через В за