НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП РАБОТЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

PURPOSE, OPERATING PRINCIPLE AND CLASSIFICATION OF ANALOG-DIGITAL CONVERTERS

Nikolay Shkutko

student, Don State Technical University,

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлено описание назначения и принципа работы аналого-цифровых преобразователей.

ABSTRACT

This article describes the purpose and principle of operation of analog-to-digital converters.

Ключевые слова: аналого-цифровой преобразователь, компаратор, аналоговый сигнал, АЦП, дискретизация.

Keywords: analog-to-digital converter, comparator, analog signal, ADC, sampling.

Для того чтобы преобразовать сигнал из аналогового в цифровой необходимо использовать электронное устройство, которое называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Процесс преобразования состоит из трех этапов: дискретизации, квантования, кодирования.

Дискретизация – выборка отдельных значений из непрерывного во времени аналогового сигнала, иначе говоря, это представление непрерывной функции в виде ряда дискретных значений.

Под квантованием понимается процесс округления значения аналогового сигнала до ближайшего уровня квантования, при этом каждый уровень квантования имеет уникальный порядковый номер. Уровни отличаются друг от друга на определенную величину – шаг квантования.

Сопоставление элементов с кодовой предопределенной комбинацией, полученных в результате квантования, называется кодированием.

Аналогово-цифровые преобразователи по способу преобразования подразделяются на: параллельные, последовательные, последовательное-параллельные.

Параллельные аналогово-цифровые преобразователи отличаются своим быстродействием. Схема параллельного АЦП представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема параллельного АЦП

Для задания ряда неизменных опорных значений используется делитель напряжения на резисторах. На входы всех компараторов подается входное напряжение и происходит процесс сравнения со всеми опорными напряжениями. Компараторы на выходе выдают логическую единицу в том случае, если напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход больше напряжения, которое подается на инвертирующий вход. Шифратор предназначен для генерации бинарного цифрового кода в зависимости от количества логических единиц, присутствующих на его входе.

Параллельные аналого-цифровые преобразователи имеют наиболее простую структуру, но менее быстродейственны в сравнении с параллельными АЦП. Схема последовательного АЦП представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема последовательного АЦП

При появлении на входе импульса запуска начинается работа преобразователя. Включается счетчик, который суммирует число импульсов поступающих от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Выходной код счетчика подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и преобразуется в напряжение обратной связи U_ос. Как только напряжение обратной связи сравняется с входным и компаратор переключится прекратится поступление тактовых импульсов на счетчик. Завершение процесса преобразования характеризуется переходом выхода компаратора из логической единицы в логический нуль. В момент завершения преобразования, выходной код, который пропорционален входному напряжению, считывается с выхода счетчика.

Последовательно-параллельные АЦП позволят прийти к компромиссу между желанием сохранить высокое быстродействие и значительно уменьшить количество компараторов, которые требуются для преобразования сигнала из аналогового в цифровой.

Список литературы:

1. http://www.chipinfo.ru/literature/articles/ADC/ADC-consecutive.html (дата обращения 18.09.2021)
2. http://electricalschool.info/electronica/2011-analogo-cifrovoy-preobrazovatel-naznachenie-klassifikaciya-i-princip-raboty.html (дата обращения 18.09.2021)