Цифровой вольтметр с двойным интегрированием.

 Блок управления формирует импульсы, переключающие электронный

ключ. Длительность первого импульса Т1 соответствует подаче на вход интегратора измеряемого напряжения Ux. Второй импульс T2 переключает вход интегратора на образцовый источник опорного напряжения U0 противоположной полярности. Таким образом, на первом этапе интегрируется напряжение Uх. Время интегрирования Т1 образуется путем деления частоты счетных импульсов от кварцевого генератора (на схеме не показан): , где kд – коэффициент деления частоты. К моменту окончания интегрирования выходное напр интегратора u2 пропорционально среднему значению входного сигнала: После окончания первого интегрирования ключ переходит в нижнее положение. Опорное напр Uо, противоположное по знаку измеряемому напр, поступает на вход интегратора. В этот момент с устройства управления на вход S триггера подается импульс u3, формирующий начало времени счета Tсч. Выходное напр интегратора u2 линейно уменьшается по абсолютной величине. Время счета заканчивается, когда выходное напряжение интегратора переходит через нуль. При этом компаратор вырабатывает импульс сброса триггера u4. На выходе триггера формируется прямоугольный стробим-пульс u5, длительность которого пропорциональна измеряемому напряжению и определяется из уравнения: . Измерив длительность импульса методом дискретного счета, описанным выше, получим показания счетчика в виде: Коэффициент деления частоты и значение опорного напряжения выбраны кратными 10. Из формулы следует, что ни тактовая частота, ни постоянная интегрирования RC не влияют на результат. Поэтому в качестве тактового генератора может быть использован простой генератор импульсов без особых требований к их стабильности. В окончательный результат входит не мгновенное значение преобразуемого напряжения, а среднее значение за время T1. Поэтому переменное напряжение помехи, попадающее на вход АЦП, ослабляется, причем тем сильнее, чем выше его частота.

Погр-ти:установки опорного напр и его нестабильность, интегратора,вызывающая нелинейность напр на его выходе, сравнения напр на компараторе, его дрейф нуля, дискретности.

19. Вольтметр уравновешивающего преобразования (поразрядного уравновешивания). Параллельный АЦП.

Преобразователь этого типа, называемый также АЦП с поразрядным уравновешиванием, является наиболее распространенным вариантом последовательных АЦП. В основе работы этого класса преобразователей лежит принцип последовательного сравнения измеряемой величины с 1/2, 1/4, 1/8 и т.д. от максимального входного напряжения. Это позволяет для N-разрядного АЦП последовательного приближения выполнить весь процесс преобразования за N последовательных шагов (итераций) вместо 2N-1 при использовании последовательного счета и получить существенный выигрыш в быстродействии. Так, уже при N=10 этот выигрыш достигает 100 раз и позволяет получить с помощью таких АЦП до 105...106 преобразований в секунду.

Рассмотрим принципы работы АЦП последовательного приближения на примере 6-разрядного преобразователя, состоящего из компаратора, ЦАП и регистра последовательного приближения RG.

На вход D регистра поступает сигнал с компаратора. Вход С - вход тактовых импульсов с генератора, вход S - вход сигнала запуска работы АЦП.

После подачи команды "Пуск" с приходом первого тактового импульса регистр последовательного приближения принудительно устанавливает на входе ЦАП код, равный половине его шкалы (для 6-разрядного ЦАП это 2⁵=32). Благодаря этому напряжение Uцап на выходе ЦАП равно где ΔU - квант выходного напряжения ЦАП, соответствующий единице младшего разряда результата преобразования. Эта величина составляет половину возможного диапазона преобразуемого напряжения. Если входное напряжение больше, чем Uцап, то на выходе компаратора устанавливается 1, если меньше, то 0. В этом случае регистр переключает старший разряд обратно в состояние нуля. На следующем такте процесс сравнения повторяется для следующего (более младшего разряда) и т.д. После 6-ти подобных шагов в регистре последовательного приближения оказывается двоичное число, являющееся кодом входного напряжения Uвх с точностью до ΔU. Выходное число считывается с регистра в виде параллельного двоичного кода по N линиям.

Быстродействие АЦП данного типа определяется разрядностью АЦП и суммой времени установления tуст ЦАП, времени переключения компаратора tк и задержки распространения сигнала в регистре последовательного приближения tз.

 

Параллельные АЦП

АЦП этого типа осуществляют квантование сигнала одновременно с помощью набора компараторов, включенных параллельно источнику входного сигнала. На рис. 3 показана реализация параллельного метода АЦ-преобразования для 3-разрядного числа. С помощью трех двоичных разрядов можно представить восемь различных чисел, включая нуль. Необходимо, следовательно, семь компараторов. Семь соответствующих эквидистантных опорных напряжений образуются с помощью резистивного делителя.

 

Если приложенное входное напряжение не выходит за пределы диапазона от 5/2h, до 7/2h, где h=Uоп/7 - квант входного напряжения, соответствующий единице младшего разряда АЦП, то компараторы с 1-го по 3-й устанавливаются в состояние 1, а компараторы с 4-го по 7-й - в состояние 0. Преобразование этой группы кодов в трехзначное двоичное число выполняет логическое устройство, называемое приоритетным шифратором.