4.2.1 Метод последовательного счета

Метод последовательного счета основан на уравновешивании входной величины суммой одинаковых и минимальных по величине эталонов. Момент уравновешивания определяется с помощью одного сравнивающего устройства, а количество эталонов, уравновешивающих входную величину, подсчитывается с помощью счетчика.

Схема АЦП последовательного счета с ЦАП в цепи обратной связи показана на рис. 4.5.

Рис. 4.5. АЦП последовательного счета с ЦАП в цепи обратной связи

По сигналу «Пуск» на вход счетчика начинают подаваться импульсы генератора тактовой частоты. По мере поступления этих импульсов растет входной код ЦАП и повышается напряжение на его выходе (U_ЦАП). Оно подается на компаратор вместе сU_вх. В момент, когда указанные напряжения сравниваются, компаратор срабатывает и прекращает работу счетчика. На выходах счетчика устанавливается код, являющийся цифровым эквивалентом входного сигнала. Погрешность преобразования зависит от значения ступенейU_ЦАП, погрешности в их формировании и ошибки компаратора в определении равенстваU_вхиU_ЦАП. Время преобразования непостоянно и зависит отU_вх.

Одной из разновидностей АЦП последовательного счета, характеризующейся повышенной точностью, является преобразователь с промежуточным преобразованием во временной интервал с двойным интегрированием.

Поясним принцип действия такого преобразователя, схема которого и временные диаграммы работы показаны на рис. 4.6. Импульс запуска через Т₁открывает ключ K₁иU_вхподается на вход интегратора Ин. Напряжение интегратора вместе с постоянным напряжениемU₀подаются на входы компаратора СС. В моментt₁когдаU_инстановится равнымU₀, с СС подается сигнал на триггер Т₃, он перебрасывается и открывает устройство совпадения, через которое на счетчик СТ₂начинают поступать импульсы тактовой частоты. Интегрирование ведется до моментаt₂, когда счетчик переполняется, сбрасывается в исходное состояние и выдает сигнал на триггеры T₁и T₂. При этом К₁закрывается, а К₂открывается, и на вход интегратора подаетсяU_оп, имеющее полярность, обратнуюU_вх. Напряжение на выходе интегратора начинает падать. В моментt₃, когдаU_инстанет равнымU₀, с компаратора поступает сигнал, который приводит Т₂и Т₃в исходное состояние. При этомU_опотключается от входа интегратора и работа счетчика прекращается. На нем будет записан код

,

где _T– период тактовой частоты;n– число разрядов в счетчике.

Рис. 4.6. АЦП с двойным интегрированием:

а – функциональная схема; б – вpeменные диаграммы работы

В рассмотренной схеме за счет использования одних и тех же узлов на обоих этапах интегрирования U_вхиU_описключаются погрешности в формировании линейно-изменяющегося напряжения, ошибки в срабатывании компаратора, погрешности в стабильности источника тактовой частоты. К недостаткам преобразователя можно отнести невысокое быстродействие.