Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) встречного типа
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) обычно используются во всех современных системах. Основная задача АЦП заключается в преобразовании аналогового сигнала в цифровой двоичный сигнал. Почему цифровой сигнал? Причина в том, что цифровые данные легко обрабатывать, хранить и передавать. Благодаря достижениям в технологии КМОП стало возможным изготовить тысячи логических схем и вентилей на кристалле размером 1 мм х 1 мм. Цифровые двоичные данные, представленные низким и высоким уровнями напряжения на аппаратном уровне, могут использоваться для всех видов арифметических операций с использованием комбинаторных схем и хранения с использованием последовательных схем. Передача цифровых данных снижает вероятность ошибок связи. Это обуславливает потребность в нескольких типах АЦП, каждый из которых имеет свои преимущества и подходит для конкретного приложения.
Существует множество АЦП: наклонного типа, встречного типа, следящего типа и флэш-АЦП . Здесь мы собираемся обсудить АЦП встречного типа.
АЦП встречного типа
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) встречного типа также известен как АЦП с цифровым линейным изменением. Это связано с тем, что выходной сигнал счетчика подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), и пока счетчик увеличивает свой счет, выходной сигнал ЦАП увеличивается линейно или ступенчато.
АЦП встречного типа использует счетчик для преобразования аналогового сигнала в цифровой.
Работа АЦП встречного типа
В начале преобразования выход ЦАП равен нулю. Таким образом, какое бы входное напряжение V in ни прикладывалось к положительной клемме компаратора, выход компаратора имеет высокий уровень. Поскольку он высокий, логический элемент И включен и позволяет тактовому импульсу проходить. Затем счетчик начинает считать тактовые импульсы. Выход счетчика подается на ЦАП, который вычисляет десятичный эквивалент своего двоичного входа. Теперь выход ЦАП V DAC увеличивается ступенчато и постоянно сравнивается с входом V in . Пока V in > V DAC , счетчик продолжает считать .
В момент, когда V in < V DAC , на выходе компаратора низкий уровень, и логический элемент И отключен, поэтому блокируются тактовые импульсы. Также блок управления замечает этот переход и выставляет низкий сигнал на вывод сброса счетчика, тем самым сбрасывая его. Одновременно фиксируется последний выход счетчика, и это цифровой двоичный выход заданного входного напряжения.
Таким образом, основной принцип работы АЦП счетчикового типа состоит в том, чтобы продолжать считать количество тактовых импульсов до тех пор, пока входной сигнал не станет больше, чем выходной сигнал ЦАП, и в тот момент, когда выходной сигнал ЦАП превысит входной, счетчик сбрасывается и последний счет фиксируется и выдается как выход.
Время преобразования АЦП встречного типа
Время преобразования для любого АЦП определяется как время, необходимое ему для преобразования заданного аналогового входа в цифровой двоичный выход. Это аналогично задержке распространения, которую мы изучаем в цифровых логических элементах.
Если счетчик должен считать с нулевого состояния (то есть все 0) и считает до N, то время преобразования равно (N-1)T c , где T c — период времени тактового импульса. Максимальное время преобразования возникает, когда входное напряжение равно полному выходному диапазону ЦАП. ЦАП выдает полномасштабный выходной сигнал, когда все биты равны одному. Чтобы достичь всех единиц из всех нулей, счетчику требуется 2 n -1 тактовых импульсов, где n — количество битов. Следовательно, максимальное время преобразования = (2 n -1)T c .
Преимущества
АЦП встречного типа прост и удобен в использовании. Это очень точно, и точность может быть увеличена за счет увеличения количества битов. Несмотря на то, что на рынке существует много сложных АЦП, АЦП встречного типа имеет разумный баланс между точным выходным сигналом и низкой стоимостью оборудования.
Недостатки
Основным недостатком этого АЦП является то, что каждый раз, когда начинается новое преобразование, счетчик сбрасывается, и ему приходится начинать отсчет сразу со всех нулей. Следовательно, время преобразования имеет большое значение. Он не может поддерживать высокочастотный ввод, так как не сможет преобразовать аналоговый сигнал в цифровой двоичный в реальном времени. Наихудший случай возникает, когда входное напряжение равно полному выходному диапазону ЦАП.