МПС цифрового оброблення сигналів (стр. 2 из 2)

У момент часу, коли Uзс досягає рівня, що перевищує Uвх, компаратор видає на виході рівень логічного 0, імпульси ГІП перестають потрапляти на вхід лічильника. Записане на цей моменту часу у лічильнику число буде пропорційним напрузі Uвх.

АЦП стежачого типу

Обидві розглянуті схеми АЦП працюють у циклічному режимі. У них кожен черговий тактовий імпульс установлює перетворювач у вихідний стан, після чого починається процес перетворення. Очевидно, що швидкодія таких перетворювачів обмежена, головним чином, швидкодією лічильника, що у кожнім циклі починає свою роботу з нульового стану.

На практиці часто використовується нециклічний перетворювач, структурна схема якого показана на рис.6.

Рис. 6. Схема АЦП стежачого типу

Ця схема відрізняється від попередньої тем, що в ній використовується реверсивний лічильник, керований сигналами з виходу компаратора. При Uвх>Uзс лічильник встановлюється в режим прямого рахування, імпульси що надходять на його вхід з ГІП послідовно збільшують записане у ньому число. Напруга Uзс зростає доти, доки не досягне рівня напруги Uвх. При Uвх<Uзс лічильник переходить до режиму зворотного рахування, при якому число, записане в лічильнику, зменшується і, отже, зменшується Uзс, поки не дорівнюватиме Uвх.

Таким чином, усі зміни вхідної напруги Uвх у часі відслідковуються напругою Uзс на виході ЦАП.

Числа, пропорційні значенням Uвх, як і в попередньо розглянутих схемах, знімаються з виходу лічильника.

3. Цифро-аналогові перетворювачі.

Цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) – це пристрої, що перетворюють цифровий код у миттєве значення аналогового сигналу. ЦАП будуються за принципом додавання напруг чи струмів, пропорційних ваговим коефіцієнтам двійкового коду.

Розглянемо принцип побудови ЦАП з додаванням напруг.

Найбільш проста схема ЦАП являє собою вагову резистивну матрицю (Рис.7), на входи якої надходять розряди двійкового кодового слова, наприклад, з виходів паралельного регістра. У такому перетворювачі сума струмів ∑In, що протікають через загальний резистор R₀, пропорційна ваговим коефіцієнтам двійкових розрядів, а вихідна напруга (при R₀<<R)

Uвых = ∑In₀

пропорційна двійковому числу.

Щоб збільшити розрядність перетворюваного двійкового числа, варто підключити резистори 16R₀, 32R₀ і т.д. Найбільші вимоги пред'являються до точності резисторів старших розрядів, оскільки розкид струмів у них не повинний перевищувати струму молодшого розряду.

Головним недоліком ЦАП із ваговими резистивними матрицями є саме те, що в матриці потрібно використовувати велика кількість високоточних резисторів різних номіналів. Виготовлення таких матриць в інтегральному виконанні з необхідною точністю параметрів викликає певні труднощі.

Для подолання цього недоліку використовують окремі вагові матриці для молодших, середніх і старших розрядів двійкового коду з додатковим (пропорційним) розподілом вихідних напруг матриць не старших розрядів - так називані резистивні матриці типу R-2R. У них використовуються резистори усього лише двох номіналів, такі матриці набагато простіше у виготовленні.

Схеми ЦАП з підсумовуванням струмів на резистивних матрицях відрізняються від розглянутих схем тим, що замість джерел стабільних напруг у них використовуються джерела стабільних струмів.

Замість регістра в схемах ЦАП може бути використаний двійковий лічильник прямого рахування. Якщо подати на вхід цього лічильника послідовність імпульсів, то з приходом кожного чергового імпульсу число в лічильнику буде збільшуватися на одиницю і напруга на виході ЦАП буде зростати на квант, що відповідає одиниці молодшого розряду лічильника. Таким чином, напруга на виході ЦАП буде мати східчасту форму, як показано на рис.8.

Після надходження 2ⁿ-1 імпульсів, де n – число станів лічильника, усі розряди лічильника будуть містити 1, на виході ЦАП утвориться максимальна вихідна напруга U_выхmax, далі черговим імпульсом лічильник буде скинутий у нульовий стан, нульовим стане і вихідна напруга на виході ЦАП. Після цього лічильник починає знов рахувати імпульси і на виході ЦАП знову формується напруга східчастої форми. Очевидно, що робота такої схеми ЦАП носить циклічний характер. Така схема ЦАП може бути використана, наприклад, у зворотному зв'язку АЦП зі зворотним зв'язком.

Якщо в схемі ЦАП використовувати реверсивний лічильник, то він стане нециклічним перетворювачем. Така схема ЦАП може бути використана в схемі АЦП

стежачого типу.

Загальне графічне позначення ЦАП (варіанти показані на рис.9) указує характер перетворення: В чи # –двійковий код, А чи ^ – аналогова інформація.

По такому ж принципі формуються й умовні графічні позначення АЦП.

Рис.9. Умовне графічні позначення ЦАП (варіанти).

В И С Н О В О К

Сучасні системи ЦОС будуються на основі процесорів цифрових сигналів (ПЦС). Сигнальними мікропроцесорами (СМП) або процесорами цифрових сигналів називають спеціалізовані процесори, призначені для виконання алгоритмів цифрової обробки сигналів (ЦОС) у реальному масштабі часу.

У процесі аналого-цифрового перетворення можна виділити три етапи: дискретизацію за часом, квантування за рівнем і кодування. При виконанні дискретизації необхідно забезпечити виконання теореми дискретизації.

Робота великої частини розповсюджених схем АЦП заснована на принципі перетворення рівня вхідної напруги в пропорційне йому кількість імпульсів що надходять до лічильника.

Найпростіші ЦАП будуються за принципом додавання напруг чи струмів, пропорційних ваговим коефіцієнтам двійкового коду на основі резистивних матриц. Для збільшення вихідного сигналу в схемах ЦАП використовують операційні підсилювачі з негативним зворотним зв'язком.