АЦП последовательного счёта, принцип работы по функциональной схеме
АЦП последовательного счёта — это аналого-цифровой преобразователь, в котором цифровой код формируется постепенно, начиная с нуля и увеличиваясь на единицу до тех пор, пока напряжение внутреннего ЦАП не станет равно или немного больше входного аналогового напряжения.
Такой АЦП называют также счётным АЦП.
Основные элементы функциональной схемы
В состав АЦП последовательного счёта обычно входят:
компаратор;
счётчик;
ЦАП;
генератор тактовых импульсов;
схема управления;
регистр или выходной цифровой код.
Упрощённо:
Принцип работы
Работа происходит поэтапно.
1. Сброс счётчика
В начале преобразования счётчик устанавливается в ноль:
0000ЦАП при этом формирует минимальное выходное напряжение.
2. Запуск счёта
На счётчик начинают поступать тактовые импульсы от генератора.
После каждого импульса значение счётчика увеличивается:
00003. Работа внутреннего ЦАП
Код счётчика поступает на ЦАП.
ЦАП преобразует этот цифровой код в ступенчато возрастающее напряжение:
С каждым новым кодом напряжение Uцап увеличивается.
4. Сравнение напряжений
Компаратор постоянно сравнивает:
Uвх
и
UЦАП
Пока:
UЦАП<Uвх
счётчик продолжает увеличиваться.
Когда выполняется условие примерно:
UЦАП≥Uвх
схема управления прекращает подачу тактовых импульсов.
5. Получение результата
Код, который остался в счётчике, считается результатом преобразования.
Например, если после остановки:
1010то этот цифровой код соответствует измеренному входному напряжению.
Пример
Пусть используется 4-разрядный АЦП.
Возможные коды:
0000Всего:
24=16
уровней.
Если входное напряжение соответствует примерно 10-му уровню, счётчик будет увеличиваться до кода:
1010₂После этого преобразование остановится.
Время преобразования
Главный недостаток счётного АЦП — время преобразования зависит от величины входного сигнала.
Если входное напряжение маленькое, требуется немного импульсов.
Если входное напряжение близко к максимальному, счётчик должен пройти почти весь диапазон.
Для nn-разрядного АЦП максимальное число шагов:
2n−1
Например, для 8-разрядного АЦП:
28−1=255
тактов.
Поэтому при высокой разрядности такой АЦП работает сравнительно медленно.
Достоинства
простая функциональная схема;
небольшое количество элементов;
понятный принцип работы;
простота реализации.
Недостатки
низкая скорость преобразования;
время преобразования зависит от входного напряжения;
при большой разрядности требуется много тактов;
не подходит для быстро меняющихся сигналов.
Отличие от АЦП последовательного приближения
У счётного АЦП код изменяется так:
0 → 1 → 2 → 3 → 4 → ...до достижения нужного уровня.
В АЦП последовательного приближения используется более быстрый поиск кода — сначала проверяется старший разряд, затем остальные.
Поэтому АЦП последовательного приближения значительно быстрее.
Кратко для ответа по билету
АЦП последовательного счёта состоит из компаратора, счётчика, ЦАП, генератора и схемы управления. В начале счётчик сбрасывается в ноль, затем с каждым тактовым импульсом его код увеличивается. Этот код поступает на внутренний ЦАП, который формирует ступенчато возрастающее напряжение. Компаратор сравнивает UЦАП с входным напряжением Uвх. Когда UЦАП достигает входного напряжения, счёт останавливается, а код счётчика становится результатом преобразования.
Главное достоинство — простота, главный недостаток — невысокая скорость, поскольку в худшем случае требуется до 2n−1 тактов.