АЦП ступенчатого преобразования: структура и функционирование.

- аналоговый компаратор (выполнен на базе операционного усилителя (ОУ))

DAC – цифро-аналоговый преобразователь

Counter – счетчик (увеличивает свое значение в соответствии с тактовыми импульсами)

Shift Register – сдвиговый регистр - используется для формирования выходного значения АЦП

Основная идея заключается в том, чтобы связать выход автономного двоичного счетчика со входом ЦАП, сравнить значение аналогового сигнала на выходе ЦАП со значением аналогового сигнала на входе схемы и на основании значений на выходе компаратора сообщить счетчику, когда необходимо остановить отсчет и сбросить свое значение.

По мере увеличения значения бинарного счетчика (в соответствии с тактовыми импульсами) значение напряжения на выходе ЦАП постепенно увеличивается. Это значение напряжения сравнивается аналоговым компаратором с входным напряжением АЦП. Если значение входного напряжения выше, чем значение напряжения на выходе ЦАП, то на выходе компаратора будет высокий уровень напряжения и двоичный счетчик продолжит свой обычный отсчет. Когда значение напряжения на выходе ЦАП превысит напряжение на входе схемы, на выходе компаратора будет низкий уровень напряжения. В связи с этим наступит следующее:

1) Изменение уровня сигнала от высокого к низкому на выходе компаратора приведет к поступлению значения счетчика на сдвиговый регистр, а, следовательно, и на выход схемы.

2) На входе RESET двоичного счетчика будет низкий уровень напряжения, в следствие чего произойдет сброс его значения в 0 на следующем тактовом импульсе.

Получается, что данная схема наращивает уровень сигнала на выходе ЦАП до тех пор, пока он не превысит значение на входе, возвращает некоторое значение, соответствующее заданному уровню сигнала и начинает все сначала. Во временном разрезе это выглядит следующим образом:

Следует отметить, каким образом изменяются временные интервалы между значениями на выходе схемы в зависимости от величины входного напряжения. Для низких уровней сигнала временные интервалы достаточно небольшое. Более высокие уровни сигнала характеризуются более длительными интервалами времени:

Преимущества:

1) Очень простая схема

2) Использует минимальное количество цифровой начинки.

Недостатки:

1) Низкая частота дискретизации. Она зависит от формы аналогового сигнала, а также частоты тактового сигнала автоинкрементного счетчика.

2) Варьирующееся время обновления значений на выходе схемы.