Главная | Обратная связь

Багатотактні послідовно-паралельні АЦП

Розглянемо приклад 8-розрядного послідовно-паралельного АЦП, що відноситься до типу багатотактних (рис. 5). Тут процес перетворення розділений у часі.

Перетворювач складається з 4-розрядного паралельного АЦП, квант h якого визначається величиною опорної напруги, 4-розрядного ЦАП та пристрою керування. Якщо максимальний вхідний сигнал дорівнює 2,56 В, то в першому такті перетворювач працює з кроком квантування h₁=0,16 В. У цей час вхідний код ЦАП дорівнює нулю. Пристрій керування пересилає отримане від АЦП у першому такті слово в чотири старших розряди вихідного регістра, подає це слово на вхід ЦАП і зменшує в 16 разів опорну напругу АЦП. Таким чином, у другому такті крок квантування h₂=0,01 В та залишок, що утворився при відніманні з вхідної напруги схеми вихідної напруги ЦАП, буде перетворений у молодший напівбайт вихідного слова.

Очевидно, що використовувані в цій схемі 4-розрядні АЦП та ЦАП повинні мати 8-розрядну точність, у противному випадку можливий пропуск кодів, тобто при монотонному наростанні вхідної напруги вихідний код АЦП не буде приймати деякі значення зі своєї шкали. Так само, як та в попередньому перетворювачі, вхідна напруга багатотактного АЦП під час перетворення повинна бути незмінною, для чого між його входом та джерелом вхідного сигналу варто включити пристрій вибірки-зберігання.

Швидкодія розглянутого багатотактного АЦП визначається повним часом перетворення 4-розрядного АЦП, часом спрацьовування цифрових схем управління, часом установлення ЦАП з похибкою, що не перевищує 0,2...0,3 кванти 8-розрядного АЦП, причому час перетворення АЦП входить у загальний час перетворення двічі. У результаті за інших рівних умов перетворювач такого типу виявляється повільнішим за двоступінчастий перетворювач, який розглянутий вище. Однак він простіший і дешевший. За швидкодією багатотактні АЦП займають проміжне положення між багатоступінчастими АЦП та АЦП послідовного наближення. Прикладами багатотактних АЦП є тритактний 12-розрядний AD7886 згодом перетворення 1 мкс., або тритактний 16-розрядний AD1382 згодом перетворення 2 мкс

Б)

Конвеєрні АЦП

Швидкодія багатоступінчастого АЦП можна підвищити, застосувавши конвеєрний принцип багатоступінчастої обробки вхідного сигналу. У звичайному багатоступінчастому АЦП (рис. 4) спочатку відбувається формування старших розрядів вихідного слова перетворювачем АЦП1, а потім йде період установлення вихідного сигналу ЦАП. На цьому інтервалі АЦП2 простоює. На другому етапі під час перетворення залишку перетворювачем АЦП2 простоює АЦП1. Ввівши елементи затримки аналогового та цифрового сигналів між ступенями перетворювача, отримаємо конвеєрний АЦП, схема 8-розрядного варіанта якого наведена на рис.

Роль аналогового елемента затримки виконує пристрій вибірки-зберігання ПВХ2, а цифрового - чотири D-трігери. Трігери затримують передачу старшого напівбайта у вихідний регістр на один період тактового сигналу CLK.

Сигнали вибірки, що сформовані із тактового сигналу, надходять на ПВХ1 та ПВХ2 у різні моменти часу (рис. 7). ПВХ2 переводиться в режим збереження пізніше, ніж ПВХ1 на час, рівний сумарній затримці поширення сигналу по АЦП1 та ЦАП. Задній фронт тактового сигналу керує записом кодів у D-трігери та вихідний регістр. Повна обробка вхідного сигналу займає біля двох періодів CLK, але частота появи нових значень вихідного коду дорівнює частоті тактового сигналу.

Таким чином, конвеєрна архітектура дозволяє істотно (у кілька разів) підвищити максимальну частоту вибірок багатоступінчастого АЦП. Те, що при цьому зберігається сумарна затримка проходження сигналу, яка відповідає звичайному багатоступінчастому АЦП із рівною кількістю ступеней, не має істотного значення, тому що час наступної цифрової обробки цих сигналів усе рівно багаторазово перевершує цю затримку. За рахунок цього можна без програшу у швидкодії збільшити кількість ступеней АЦП, понизивши розрядність кожної ступені. У свою чергу, збільшення кількості ступеней перетворення зменшує складність АЦП. Дійсно, наприклад, для побудови 12-розрядного АЦП із чотирьох 3-розрядних необхідно 28 компараторів, тоді як його реалізація з двох 6-розрядних зажадає 126 компараторів

Конвеєрну архітектуру має велика кількість багатоступінчастих АЦП, які випускаються в даний час. Зокрема, 2-ступеневий 10-розрядний AD9040А, що виконує до 40 млн. перетворень у секунду (Мпс), 4-ступеневий 12-розрядний AD9220 (10 Мпс), що споживає всього 250 мвт, та ін. При виборі конвеєрного АЦП варто мати на увазі, що багато з них не допускають роботу з низькою частотою вибірок. Наприклад, виробник не рекомендує роботу ІМС AD9040А с частотою перетворень менше 10 Мпс, 3-ступеневого 12-розрядного AD9022 з частотою менше 2 Мпс і т.д. Це викликано тим, що внутрішні ПВХ мають досить високу швидкість розряду конденсаторів збереження, тому робота з великим тактовим періодом приводить до значної зміни перетворюваного сигналу в ході перетворення.