СКАЧАТЬ:  tsa.zip [1,22 Mb] (cкачиваний: 103)

Введение

         Трудно переоценить роль информационно-измерительной техники и измерительных технологий во всех сферах деятельности и жизни общества.

         В различные исторические периоды  состояние мер и измерительной техники находилось в зависимости от хозяйственной деятельности, общественных, религиозных и других факторов жизни общества.

         Электроизмерительные приборы, имеющие более 250-летнюю историю, обязаны своим развитием работам Вольта, Ампера, Фарадея. Им принадлежит первенство в создании приборов прямого преобразования- гальванометров, амперметров, вольтметров и т.д. История создания приборов с уравновешиванием измерительной величины начинается с 1841г., когда предложен четырехплечий мост (Уитстон) и компенсационный метод измерения постоянного напряжения (компенсатор Поггенорфа).

             Кроме того, в XIX веке  найдены основные принципы преобразования неэлектрических величин в электрические: термоэлектрический эффект (Томас Зеебек, Уильям Томсон) пьезоэффект, тензоэффект (О.Д.Хвольсон).

         Дальнейшему развитию электроизмерительных приборов  способствовало изобретение электронной лампы: в 1904г. Появился диод,  а в 1910г.- триод и пентод. Сочетание усилителей и выпрямителей с магнитноэлектрическим измерительным механизмом  позволило создать электронные вольтметры, частотометры, фазометры. Изобретение  электронно-лучевой трубки в 1911г. Привело к созданию электронно-лучевого осциллографа, который становится универсальным электроизмерительным прибором. Развитие электроники дало возможность разрабатывать автоматические компенсаторы и мосты.

         Таким образом, классическая основа электроизмерительной техники дополнилась приборами с автоматическим уравновешиванием и электронными измерительными приборами.

         Создание микросхем, микропроцессоров и ЭВМ способствовало появлению измерительных устройств нового типа - аналого-цифровых преобразователей (АЦП), в результате чего появились цифровые измерительные приборы (ЦИП).

         Интенсивное развитие ЦИП, обладающих рядом преимуществ по сравнению с «нецифровыми» приборами,  определило развитие измерительной техники XX века.

         Усложнение технологии производства, развитие научных исследований в различных областях жизни привело к необходимости измерения и контроля сотен и тысяч параметров одновременно. Появился новый класс информационно-измерительной техники - измерительные информационные системы (А.В.Фремке, М.П.Цапенко, Г.Г.Раннев и др.), выполняющих роль сбора, обработки, передачи, хранения, отображения  и воздействия информации на объект исследования.

         Роль информационных процессов в общественною жизни человека огромна. Она выражается в повышении эффективности производства, удовлетворении духовных потребностей, улучшении условий труда, отдыха, здоровья и природных условий.

         Информатизация общества подразумевает:

         Создание правовых, экономических технологически социальных и профессионально- образовательных условий, для того чтобы любая, необходимая для решения личных и социальных проблем информация, кроме определенной законом секретной информации, была доступна в любое время, в любой точке, любому потенциальному пользователю;

         наличие аппаратных и программных средств,  телекоммуникационных систем, видеоконференцсвязи, обеспечивающих доступность и наглядность информации;

         обеспечение индустриально-технологической          базы для развития  в рамках для международного разделения труда конкурентоспособных информационных технологий;

         реализацию принципа  фундаментального повсеместного внедрения информационных технологий, в первую очередь в сферу производства, управления, культуры, науки, образования, медицины, транспорта и энергетики.

Интенсификация современного производства и ускорение научно-технического прогресса в значительной мере определяются степенью автоматизации разнообразных технологических и производственных процессов на базе широкого применения новейших средств микропроцессорной и вычислительной техники и уровнем подготовки инженерных кадров. В соответствии с этим в учебных программах по такой специальности как «Автоматизация технологических процессов» уделяется серьёзное внимание изучению микропроцессорных средств.

         Ускорение научно-технического процесса тесно связано с автоматизацией и комплексной механизацией производства, расширением номенклатуры приборов, оборудования и средств автоматизации, созданием разнообразных систем автоматического управления и контроля на базе средних (СИС) и больших (БИС) интегральных схем, микропроцессоров (МП), микропроцессорных комплексов больших интегральных схем (МПК БИС) и микроЭВМ (МЭВМ).

         Одной из наиболее обширных сфер применения СИС и БИС, МП и МЭВМ является область построения цифровых управляющих автоматов (ЦУА) и систем логического управления (СЛУ) для дискретной промышленной автоматики (электроавтоматика, станки с ЦПУ, обрабатывающие центры, манипуляторы и др.). Характерным признаком этих структуры этих систем является применение: а) двоичных датчиков и исполнительных механизмов в качестве источников входных и приёмников выходных сигналов; б) языков логических функций и конечных автоматов для описания алгоритмов функционирования данных систем.

         Проектирование СЛУ и ЦУА традиционно разбивается на архитектурное (или системное), логическое, техническое.

         Системное проектирование включает в себя выбор архитектурное проектируемого автомата (совокупности составных блоков, их входов и выходов, связей между блоками), а также проверку правильности взаимодействия выбранных блоков между собой и с внешней средой в различных режимах его работы. Критерии оптимальности архитектуры автомата могут быть весьма различны и зависят от его типа и области применения.

         Логическое проектирование предусматривает разработку схем автомата в целом и его блоков, с той или иной степенью подробности описывающих их структуру. Конечным результатом логического проектирования является разработка функциональных схем.

         На этапе технического проектирования производятся компоновка функциональных элементов в модули, их размещение в конструктивах, трассировка печатных плат и др.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТ­ВУЮЩИХ МИКРОСХЕМ ЦАП, АЦП И АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРА­МЕТРОВ

1.1.    ОСОБЕННОСТИ    ПОСТРОЕНИЯ    И    КОНСТРУКТИВНОЕ 

ИСПОЛНЕНИЕ АЦП

         Аналого-циф­ровые преобразователи (АЦП) представляют собой устройства, предназначенные для преобразования электрических величин (напряжения, тока, мощности, сопротивления, емкости и др.) в цифровой код. Наиболее часто входной величиной является напряжение. Все другие величины перед подачей на такой АЦП нужно предварительно преобразовывать в напряжение. Однако на практике находят применение также преобразователи, например, сопротивления или емкости в циф­ровой код без промежуточного преобразования в напряжение. Обычно это по­зволяет уменьшить погрешность преобразования, но усложняет проектирование преобразователя и его изготовление. Последнее объясняется тем, что серийные промышленные микросхемы АЦП предназначены только для работы с напряже­нием.

         Под аналого-цифровым преобразованием понимается измерительный процесс, включающий в себя в общем случае дискретизацию, квантование и кодирование непрерывной входной величины, которая может иметь бесконечно большое число значений и может быть непрерывной только по значению (например, по амплитуде) или только по времени.

         Процесс аналого-цифрового преобразования предполагает последовательное выполнение следующих операций:

дискретизация -  преобразование непрерывной во времени величины в дискретизированную путём сохранения её мгновенных значений только в детерминированные моменты времени (моменты дискретизации);

         квантование (округление до некоторых известных величин) полученное в дискретные моменты времени последовательности значений исходной аналоговой величины по уровню;

         кодирование – получение по определённой системе правил числового значения квантованной величины в виде комбинации цифр.

         Проиллюстрируем эту последовательность действий с помощью примера. Пусть задана некоторая аналоговая зависимость U(t). Для получения её дискретного эквивалента U(t_i) необходимо провести выборку её значений в дискретные моменты времени (рис. 1.1 а). Промежуток времени между двумя ближайшими моментами дискретизации называют шагом дискретизации, который может быть постоянным (равномерная дискретизация) или переменным (неравномерная дискретизация).

рис. 1.1. а) Процесс дискретизации непрерывного сигнала U(t)

         Операция квантования по уровню дискретной функции U(t_i) заключается в отображении бесконечного множества её значений на некоторое конечное множество значений U_k , называемых уровнями квантования. Для выполнения этой операции весь динамический диапазон изменения дискретной функции разбивают на некоторое заданное число уровней и производят округление каждой величины до ближайшего уровня U_k (рис. 1.1.б). При этом разность между двумя ближайшими детерминированными значениями называют шагом квантования, который может быть постоянным (равномерное квантование) ил переменным (неравномерное квантование).

рис. 1.1. б) Процесс квантования непрерывного сигнала U(t)

         Для выполнения последней операции необходимо выбрать некоторый код К и каждому дискретному значению U_k поставить в соответствие некоторый код К_i. В простейшем случае в качестве кода может быть использована последовательность чисел, соответствующих порядковым номерам уровней квантования. При таком выборе кода представления на рис. 1.1 функция U(t) может быть заменена последовательностью чисел в двоичной форме К_n = {011, 100, 011, 100, 101, 101, 011, 010, 010, 001}. 

В последнее время получила распространение классификация АЦП, показывающая, как во времени развертывается процесс пре­образования. Исходя из этого все АЦП можно разбить на три типа: последовательные, параллельные и параллельно-последо­вательные.

К последовательным АЦП относятся, например, преобразова­тели, основанные на преобразовании напряжение-частота, инте­грирующего типа, последовательных приближений, следящего типа. Все эти АЦП позволяют получить высокую разрядность, однако имеют невысокое быстродействие.

Параллельные АЦП построены на принципе одновременного преобразования сигнала путем его квантования с помощью набора компараторов. Такие АЦП являются самыми быстродействующими и позволяют достичь частот преобразования 100...400 МГц. К недостаткам параллельных АЦП относится резкое увеличение числа компонентов при увеличении разрядности, что, в свою очередь, приводит к увеличению потребляемой мощности и размеров кристалла.

Параллельно-последовательные АЦП представляют собой ком­бинацию из малоразрядных параллельных АЦП, ЦАП, операционных усилителей (ОУ), устройств выборки-хранения (УВХ) и т. д. Прин­цип преобразования таких АЦП обычно сводится к двухступенчато­му алгоритму — в начале производится определение старших раз­рядов значения входного напряжения с помощью первого малораз­рядного параллельного АЦП, затем формируется разностный сигнал с помощью ЦАП и ОУ и осуществляется формирование младших раз­рядов с помощью второго малоразрядного параллельного АЦП. Основными недостатками АЦП такого типа являются наличие большого числа линейных узлов, требования к точностным и динамическим характеристикам которых очень высо­ки, а также трудности, связанные с прецизионной стыковкой этих узлов друг с другом, что требует настройки каждого индивидуаль­ного преобразователя. По указанным причинам такие АЦП в полу­проводниковом интегральном исполнении в настоящее время прак­тически не выпускаются. Они изготавливаются в виде блоков, гибридных микросхем, печатных плат.

Конструктивное исполнение АЦП определяется значительной рассеиваемой мощностью (до 3,0 Вт), что предъявляет определен­ные требования к конструкции корпусов. Корпуса используются преимущественно металлокерамические, некоторые из них имеют дополнительный радиатор.

1.2. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ И КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ЦАП 

Цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП) называют уст­ройства, генерирующие выходную аналоговую величину, соответст­вующую цифровому коду, поступающему на вход преобразователя. Цифро-аналоговые преобразователи используются для согласо­вания ЭВМ с аналоговыми устройствами, а также в качестве внут­ренних узлов в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) и циф­ровых измерительных приборах.

Применяются в основном два метода цифро-аналогового преобразования: суммирование единичных эталонных величин и суммирование эталонных величин, веса которых отличаются. В первом при формировании выходной аналоговой величины использу­ется только одна эталонная величина весом в один квант. Во втором методе применяются эталонные величины с весами, зави­сящими от номера разряда, и в суммировании участвуют только те эталонные величины, для которых в соответствующем разряде входного кода имеется единица. При этом используется двоичный позиционный код или двоично-десятичный. Дальнейшая классификация ЦАП может быть проведена по разным признакам:

а) принцип действия (с суммирова­нием напряжений, делением  напряжения, суммированием токов);

б) виду выходного сигнала (с токовым выходом, выходом по напряжению);

в) полярности выходного сигнала (однополярные (униполярные), двухполярные (биполярные);

г) характеру опорного сигнала (постоянный, переменный);

д) конструктивно-технологическому исполнению (модульные, гибридные, интегральные);

е) основным характеристикам (количеству  разрядов, быстродействию,точности преобразования, потребляемой мощности).

Основные структуры, используемые в ЦАП интегрального ис­полнения, — это структуры с суммированием токов:

ЦАП со взвешенными резисторами в цепях эмиттеров (рис. 1.2). Структура характеризуется малой рассеиваемой мощностью, незави­симостью токов разрядов друг от друга, большим диапазоном со­противлений резисторов и большим значением напряжения смеще­ния нуля на выходе;

Рис. 1.2. Цифро-аналоговый преобразо­ватель со взвешенными резисторами в цепях эмиттеров

ЦАП со взвешенными резисторами в цепях нагрузки (рис. 1.3). В этой структуре суммарное сопротивление резисторов меньше, но диапазон сопротивлений достаточно большой;

Рис. 1.3. Цифро-аналоговый преобразо­ватель со взвешенными резисторами в цепями нагрузки

ЦАП с лестничной матрицей R - 2R в цепях эмиттеров транзис­торов источников токов (рис. 1.4). В этой структуре суммарное сопротивление резисторов и диапазон сопротивлений намного мень­ше, чем в первых двух, однако при «подгонке» тока одного из разрядов изменяются токи соседних, что создает неудобства при настройке прибора;

Рис. 1.4. Цифро-аналоговый преобразо­ватель с лестничной матрицей в эмит­терах источников токов

ЦАП с выходной лестничной матрицей R - 2R (рис. 1.5). Эта структура характеризуется наименьшим значением суммарного со­противления;

Рис. 1.5. Цифро-аналоговый преобразо­ватель с выходной лестничной  матри­цей

ЦАП с комбинированным взвешиванием (рис. 1.6). В таких структурах взвешивание в каждом разряде или их группе выпол­няется различными способами.

Рис. 1.6. Цифро-аналоговый преобразо­ватель   с    комбинированным    взвеши­ванием

Глава  2. ПАРАМЕТРЫ МИКРОСХЕМ ЦАП, АЦП И  ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

2.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ 

Микросхемы ЦАП и АЦП построены по аналогичному с измерительными преобразователями принципу действия, поэтому первоначально некоторые параметры и терминология измеритель­ных преобразователей стали применяться при нормировании технических характерис­тик любых преобразователей. Однако между ними имеются существенные различия, так  как  ЦАП   и   АЦП   часто  являются  функционально  незаконченными  преобра­зователями и, главное, не подлежат метрологической аттестации и проверке.

Кроме специфических параметров, характеризующих ИС ЦАП и АЦП с точки зре­ния выполнения ими функционального назначения, используют также параметры, об­щепринятые для других типов ИС: напряжения источников питания, токи потребле­ния, входные и выходные напряжения и токи, тип и допустимые значения нагрузки и т. д.

2.2. СТАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЦАП 

К статическим параметрам ЦАП относят: разрешающую способность, погрешность преобразования, диапазон значений выходного сигнала, характеристики управляющего кода, смещение нулевого уровня и некоторые другие.

Совокупность значений выходной аналоговой величины х_i в зависимости от значе­ний входного кода а_i называют характеристикой преобразования (ХП). Такая совокупность может быть приведена в виде графи­ка, формулы или таблицы. Рассматриваемые ЦАП имеют линейную характеристику преобразования. В системе координат код — выход­ная аналоговая величина ХП изображается прямой, расположен­ной под некоторым углом к оси абсцисс (рис. 2.1). Когда необходимо определить некоторую точку на ХП, приводят значение кода, соот­ветствующее этой точке. Иногда характеристику преобразования изображают ступенчатой линией, что подчеркивает дискретность из­менения как значения кода, так и выходной аналоговой величины. На ХП можно выделить характерные точки. Прежде всего это начальная и конечная точки ХП, которые определяются начальным и конечным значениями входного кода. За начальное (конечное) значение входного кода принимают значение, при котором номи­нальное значение выходной аналоговой величины является мини­мальным (максимальным). При этом начальной точкой ХП является точка пересечения координатных осей а_i, х_i,т. е. точка, соответствую­щая нулевому значению выходной аналоговой величины при значе­нии входного кода, равном нулю.

Рис. 2.1. Номинальная ХП 4-разрядно­го   двоичного   ЦАП   с   однополярным выходным сигналом:

I — характеристика   преобразования   ЦАП;   2 — прямая, соединяющая начальную и конечную точ­ки ХП

При изменении значений входного кода а_i от начального до конечного выходная аналоговая величина х_i дискретно изменяется в некотором интервале. Интервал значений выходной аналоговой величины от начальной до конечной точки называют диапазоном выходной величины, а разность между максимальным и минимальным значениями этой величины — амплитудой ее изменения. Значение дискретного изменения выходной аналоговой величины при изменении значения входного кода на единицу называют ступенью квантования. В случае двоичного линейного ЦАП для номинальной характеристики все ступени равны:

где x_max, x_min — номинальное значение выходной аналоговой величи­ны в конечной и начальной точках ХП; x_ORN— номинальная амплитуда изменения выходной аналоговой величины; b — число возможных значений кода.

Номинальное значение ступени квантования, представляющее наименьшее изменение выходной аналоговой величины, является разрешающей способностью преобразования. Разрешающая способ­ность, как и ступень преобразования, выражается в единицах выходной аналоговой величины или в процентах от номинальной амплитуды изменения выходной аналоговой величины. Например, преобразователь на 12 цифровых входов, имеющий выходной сигнал в конечной точке ХП, равный 10 В, обладает разрешающей способ­ностью 2,45 мВ, или 0,0245%.

Для действительной характеристики преобразования ступени квантования в разных точках отличаются друг от друга. В этом случае подсчитывают среднее значение ступени квантования: . Это значение может служить единицей измерения выходной аналоговой величины, и его называют едини­цей младшего разряда (ЕМР). Такая единица измерения наглядно представляет все параметры выходной аналоговой величины.

Характеристики преобразования реальных ЦАП отличаются от идеальных формой, значением ступеней и расположением относи­тельно осей координат. Степень совпадения реальной ХП с идеаль­ной определяет точность.

Нелинейность в данной точке ХП — это отклонение точки реаль­ной ХП от прямой, проведенной определенным образом. Нелиней­ность может быть определена двумя способами: 1) нелинейность находится относительно прямой, проведенной через начальную и конечную точки ХП; 2) нелинейность находится относительно прямой, проведенной таким образом, чтобы минимизировать значе­ние нелинейности, например, относительно прямой, среднее квадратическое отклонение всех точек которой минимально.

Рис.    2.3.    Нелинейность,    дифферен­циальная   нелинейность   и   немонотон­ность ХП ЦАП

Уравнение такой прямой V = Ax+B, где В — коэффициент, равный смещению нуля; А — коэффициент, определяющий крутизну харак­теристики. Значения коэффициентов А и В находят по формулам

где

Для ЦАП нелинейность, как правило, определяется нелиней­ностью в точке ХП, где она по абсолютной величине максимальна. Нелинейность выражается в долях ЕМР или в процентах от значе­ния аналоговой величины в конечной точке ХП:

 [ЕМР]   или ,

где Dх — максимальное   отклонение   ХП    от   заданной    прямой; x_k — значение аналоговой величины в конечной точке ХП.

Дифференциальная нелинейность — это отклонение действитель­ных ступеней квантования от их среднего значения. Дифференциаль­ная нелинейность i-й ступени квантования

 [ЕМР] или ,

где h,  — действительное и среднее значения ступени квантования. Для ЦАП указывается значение дифференциальной нелинейности той точки характеристики, где это значение по абсолютной величине максимально. Дифференциальная нелинейность имеет прямую связь с монотонностью ХП. Под монотонностью понимается неизмен­ность знака приращения выходной величины при последователь­ном изменении значения входного кода. Если дифференциальная нелинейность в некоторой точке по абсолютной величине превышает 1 ЕМР, то это значит, что приращение выходной аналоговой величины в этой точке может иметь противоположное предыдущей точке направление или быть больше двойной номинальной ступени кван­тования (рис. 2.3). Таким образом, условие монотонности ХП имеет вид -1 ЕМР ≤ δ_LD ≤  + 1 ЕМР.

Параметр, характеризующий среднюю крутизну ХП, назы­вают коэффициентом преобразования — крутизна прямой, аппрок­симирующей действительную ХП. По числовому значению и размер­ности коэффициент преобразования совпадает со средним значением ступени квантования. Отклонение действительной ХП от номинальной из-за отличия коэффициента преобразования обычно оценивают в конечной точке ХП или в той точке, где это отклонение прини­мает максимальное значение, и называют максимальным отклоне­нием выходной величины.

Возможно также отклонение ХП от номинальной в виде парал­лельного сдвига. Параллельный сдвиг характеристики оценивают относительно начала координат и называют напряжением смещения нуля выходной аналоговой величины. Это действительное значение выходной величины при значении входного кода, при котором но­минальная выходная величина равна нулю.

Допустимое напряжение на выходе — это интервал значений напряжения, в пределах которого изменение выходного тока не превышает заданного значения. Аналогично ИС ЦАП с выходом по напряжению могут характеризоваться допустимым диапазоном тока на выходе.

2.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЦАП 

В радиоэлектронной аппаратуре, ЭВМ, системах сбора и обработки данных ЦАП работают при непрерывно изменяющихся значениях кодов на входах. Понятно, что считывание информации с выхода ЦАП должно производиться после окончания всех переход­ных процессов в нем. Только в таком случае можно получить точность, на которую рассчитан ЦАП, и быстродействие системы или аппаратуры определяется временем переходных процессов ЦАП, его быстродействием. По этой причине динамические параметры ЦАП во многом определяют производительность обработки информа­ции.

Рис. 2.4. Выходной сигнал ЦАП: 1 —тестимпульс;   2 — форма   номинального   выходного   импульса;  3 — форма   действительного   выходного импульса.

Время установления выходного сигнала — время от момента изменения кода на входах ЦАП до момента, когда значение выход­ной аналоговой величины отличается от установившегося на задан­ную величину (рис. 2.4). В зависимости от типа ЦАП это может быть время установления выходного тока t_SI , или время установле­ния выходного напряжения t_SV. В большинстве случаев приводится время установления при скачкообразном изменении входного кода от минимального до максимального значения или наоборот, когда выходная аналоговая величина отличается от установившегося значения не более 0,5 ЕМР в ту или другую сторону. Отсчет времени обычно ведется от момента достижения входным уровнем 0,5 амплитуды. На рис. 2.4 — это интервал времени t₁ от момента достижения половины амплитуды логического уровня до момента, когда кривая выходного сигнала в последний раз пересекает одну из границ зоны, ограниченной х_max —0,5 ЕМР и x_min + 0,5 ЕМР. Изме­нение входного кода может быть и в интервале других значений, а точность достижения выходным сигналом установившегося значения может выбираться из соображений необходимой точности ЦАП.

Время задержки распространения — время от момента достиже­ния входным уровнем половины амплитуды до момента достижения выходной аналоговой величиной-половины установившегося значе­ния (время t₂ на рис. 2.4). Наряду с этим параметром может исполь­зоваться время задержки — время от момента изменения кода до момента, когда выходная аналоговая величина достигает 0,1 установившегося значения.

Время нарастания — время, за которое выходная аналоговая величина изменяется от 0,1 до 0,9 установившегося значения (вре­мя tз на рис. 2.4).

Скорость нарастания — отношение приращения аналоговой вы­ходной величины ко времени tз, за которое произошло это приращение.

Время переключения — время от момента изменения входного кода до момента достижения выходной аналоговой величины 0,9 установившегося значения.

2.4. СТАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ АЦП 

Наибольший интерес представляют статические параметры АЦП, характеризующие их точностные характеристики. Ниже рассмотрены основные статические параметры параллельных АЦП.

Число разрядов, или разрядность АЦП, как уже говорилось выше,— это округленный до целого числа двоичный логарифм номи­нального числа значений выходного кода b = loq₂N, N — число зна­чений выходного кода.

При подаче на вход АЦП линейно изменяющегося напряжения на выходе АЦП наблюдается последовательное изменение кодов. Зависимость между значениями входного аналогового напряжения и выходного кода называется характеристикой преобразования АЦП. Характеристика преобразования АЦП, как и для ЦАП, может быть определена в виде таблиц, графиков или формул. Характеристика преобразования АЦП описывается рядом параметров. Точки на оси абсцисс соответствуют напряжениям межкодовых переходов. Под напряжением межкодового перехода понимается такое входное ана­логовое напряжение, статистические вероятности преобразования которого в заданное и предшествующее заданному значению выход­ного кода равны. Для идеального АЦП напряжения межкодовых переходов соответствуют опорным напряжениям, формируемым дели­телем опорных напряжений. На рис. 2.5 показана характеристика преобразования однополярного АЦП, для которого опорное напряже­ние U_REF1 равно нулю. Разность значений напряжений заданного и следующего за ним межкодового переходов определяет шаг кванто­вания ХП АЦП и разность входных напряжений АЦП, в которой значение кода на выходе сохраняется. Для того чтобы прямая, проведенная через точки, соответствующие опорным напряжениям U_REF1 и U_REF2, прошла через центры всех ступеней ХП идеального

АЦП, напряжение первого межкодового перехода U_i должно отстоять от напряжения U_REF1 на величину, равную поло­вине шага квантования ХП. Аналогично напряжение последнего межкодового перехода U_i+1 должно отличаться от опорного напря­жения U_REF2 также на половину шага квантования ХП. Для идеального АЦП ширина ступеньки равна шагу квантования:

h=(U_REF2 – U_REF2)/(2^b-1)

 Рис.   2.5.   Характеристика   преобразо­вания идеального АЦП  (1) и прямая, проведенная через центры ступеней ХП (2)

Реальная ХП АЦП может значительно отличаться от идеальной. Эти отличия заключаются в неидентичности шагов квантования, в расположении ХП относительно осей координат, в отклонении ХП от прямой, в неидеальности профиля межкодового перехода. Несоот­ветствие номинальной (идеальной для конкретной реализации АЦП) и действительной характеристик преобразования и определяет точ­ностные параметры АЦП: напряжение смещения нуля; отклонение коэффициента преобразования от номинального значения; нелиней­ность (интегральную нелинейность); дифференциальную нелиней­ность; зону неопределенности напряжений межкодовых переходов; монотонность ХП,

Действительное значение входного напряжения в точке ХП, соответствующей номинальному нулевому значению этого напряже­ния, определяет напряжение смещения нуля. Физически это напряже­ние показывает параллельный сдвиг ХП вдоль оси абсцисс. Возникно­вение этой составляющей погрешности обусловлено отклонением сопротивления первого резистора делителя опорных напряжений, включенного между выводом опорного напряжения ИС и входом ком­паратора, формирующего код 000...01, от номинального значения, а также наличием напряжения смещения нуля этого и следующего за ним компараторов и погрешностью второго резистора. В реаль­ных системах сопротивление резистора делителя опорных напряже­ний может составлять десятые доли ома, поэтому добавляемые к со­противлению первого резистора паразитные конструктивные сопро­тивления токоподводящей дорожки корпуса, монтажного провода кристалл — корпус, контактные сопротивления сварки могут на поря­док превышать сопротивление резистора делителя опорных напряже­ний, вследствие чего напряжение смещения нуля может составлять несколько ЕМР.

В частном случае отклонение коэффициента преобразования от номинального значения можно характеризовать погрешностью пре­образования в конечной точке ХП. Эта погрешность показывает изменение наклона прямой, проведенной через начальную и конеч­ную точки действительной ХП. Природа возникновения этой состав­ляющей погрешности аналогична напряжению смещения нуля, толь­ко оценка производится в другом конце делителя.

Нелинейность АЦП — отклонение действительного значения входного напряжения, соответствующего заданной точке ХП, от значения, определяемого по линеаризованной ХП в той же точке (рис. 2.6.а). Этот параметр характеризует отклонение центров ступенек дейст­вительной ХП от прямой линии, аппроксимирующей номинальную ХП.

2.6.а) Определение интегральной нелинейности

Дифференциальная нелинейность АЦП — отклонение действи­тельных значений шагов квантования ХП от их среднего значения. Дифференциальную нелинейность параллельных АЦП, как и нели­нейность, определяют те же факторы (рис2.5.б).

2.6. б) Определение дифференциальной нелинейности

Под монотонностью характеристики преобразования АЦП пони­мается наличие всех кодовых комбинаций на его выходе при подаче на его вход изменяющегося сигнала, при этом знак наклона мо­нотонной ХП изменяться не должен. Монотонность связана с диффе­ренциальной нелинейностью. Характеристика преобразования моно­тонна, если δ_LDi> —1 ЕМР. Равенство δ_LDi = —I EMP означает, что ширина i-й ступеньки ХП равна нулю, т. е. код, соответствующий i-и точке ХП, отсутствует. По-иному обстоит дело с положительными значениями дифференциальной нелинейности. Если принять напря­жение смещения компараторов параллельного АЦП равным нулю, то шаг квантования ХП будет определяться лишь значениями сопро­тивлений резисторов делителя эталонных напряжений.

2.5. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ АЦП 

Быстродействие АЦП характеризуется рядом динамических пара­метров. К основным динамическим параметрам быстродействую­щих АЦП относятся: время преобразования; частота преобразова­ния; апертурное время; апертурная неопределенность (апертурная «дрожь»); монотонность характеристики преобразования при мак­симально допустимой скорости изменения входного сигнала; соот­ношение сигнал-шум.

Основным динамическим параметром АЦП явля­ется время или максимальная частота преобразования. Однако эти параметры не полностью определяют динамические характеристики, в частности АЦП, работающих с входным сигналом произвольной формы без устройства выборки-хранения (УВХ). В зависимости от характера воздействующего сигнала можно выделить два режима работы АЦП: входной сигнал изменяется скачко­образно до постоянного значения, не изменяющегося в течение времени преобразования; входной сигнал изменяется непрерывно в течение всего времени преобразования. Первый характеризует режим работы АЦП с УВХ на входе, второй — без УВХ.

Время преобразования t_c— время от момента начала изменения сигнала на входе АЦП (аналогового или цифрового) до появле­ния на выходе соответствующего устойчивого кода.

В первом режиме после окончания переходных процессов во входных цепях АЦП динамическая погрешность будет снижена и динамические параметры однозначно определятся временем преобра­зования: t_c = t_S+t_K, где t_S — время задержки запуска; t_к — время цикла кодирования. В этом случае время преобразования отсчиты­вается с момента изменения аналогового сигнала.

Время задержки запуска t_s — минимальное время с момента подачи скачкообразного сигнала на аналоговый вход АЦП до момен­та подачи сигнала запуска АЦП, при котором выходной код отличается от номинального не более чем на значение статической погрешности. Время t_s обусловливается переходными процессами во входных цепях АЦП до триггера защелки компаратора (в стро-бируемых компараторах).

Время цикла кодирования t_к — время, в течение которого осуществляется непосредственное преобразование установившегося значения входного сигнала. Время t_к определяется задержкой сигналов в составных блоках АЦП.

Время преобразования для преобразователей, имеющих команду внешнего запуска (начала преобразования), равно минимальному времени между импульсом запуска и моментом появления на выходе АЦП заданного значения кода (для рассматриваемых в настоящей книге АЦП время преобразования соответствует данному определе­нию).

Максимальная частота преобразования — частота дискретиза­ции входного сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы. Выбранным параметром может быть монотонность ХП как критерий функционирования или нелинейность. Максимальная частота преобразования ограничивается задержками в компараторах, шифраторе и выходных каскадах.

Во втором режиме, когда входной сигнал изменяется в тече­ние времени преобразования, динамические параметры АЦП наряду с временем преобразоваия характеризуются апертурным временем, апертурной неопределенностью (апертурной «дрожью»), монотонностью характеристики преобразования при максимально допусти­мой скорости изменения входного сигнала, соотношением сигнал-шум. Строго говоря, под апертурным временем понимается время, в течение которого сохраняется неопределенность между значением выборки и временем, к которому оно относится. Оно зависит в основном от времени разрешения триггера-защелки компаратора, которое, в свою очередь, определяет минимальное время, в течение которого входной сигнал должен превышать некоторый пороговый уровень, необходимый для обеспечения срабатывания триггера-защелки. Таким образом, для исключения влияния апертурного времени на точностные параметры АЦП изменение сигнала на аналоговом входе должно быть гораздо меньше значения 1 ЕМР за время, равное апертурному. Физически это связано с инерцион­ностью токовых переключателей и триггера-защелки в компараторах. Однако реальные АЦП характеризуются дополнительными "за­держками распространения сигнала в корпусе и на кристалле (например, в формирователях тактового сигнала), что дает до­полнительную постоянную задержку между тактовым сигналом на входе микросхемы и моментом, когда компаратор начинает пере­водиться в режим стробирования. Поэтому для АЦП, рассматривае­мых в настоящей книге, апертурное время приводится как суммар­ная величина этих двух составляющих. Апертурное время опреде­ляется во всех точках ХП. Оно может иметь различное значение в различных точках ХП. Причиной этого является разброс пара­метров отдельных узлов и компонентов, режимов каскадов, пара­зитных емкостей, значений резисторов, а также различных длин сигнальных шин входного и тактового сигналов.

Задание 1. Развёртывающий АЦП единичного приближения.

1. Цель работы.

Ознакомление  с  особенностями   построения   развертывающего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) единичного  приближения, принципом его действия и определение основных характеристик.

2. Краткая теория по заданию.

АЦП развертывающего преобразования являются одними  из  самых распространенных типов АЦП благодаря их  простоте.  Работают  они обычно непрерывно повторяющимися  циклами,  в  каждом  из  которых входная величина измеряется заново.

В  каждом  цикле  производится  операция  сравнения   входной величины Х с однородной компенсирующей ее величиной Y по жесткой, заранее  заданной  программе.  Значения  Y  изменяются   по   этой программе от 0 до Y_max=Х_max.   При  выполнении  условия  Х=Y осуществляется  отсчет  цифрового  эквивалента  значения   входной величины.

Изменение  компенсирующей  величины  Y  может   производиться линейно  или по   заданному   нелинейному   закону   равномерными минимальными  ступенями  (единичное  приближение),  неравномерными ступенями или поразрядно неравномерными ступенями.

Наиболее удобным являются алгоритмы  единичного  приближения, которые реализуются наиболее просто аппаратно, хотя и уступают  по быстродействию другим алгоритмам уравновешивания.

Типовая  структура  АЦП   развертывающего      преобразования единичного  приближения  приведена  на   рис.1.1. Она   содержит следующие элементы:  1 - генератор  тактовых  импульсов;  2 - цифровой  счетчик  по

 модулю   М;   3 - цифро-аналоговый преобразователь, имеющий  n  входов,  так  что  2ⁿ=М;    4 - сравнивающее пороговое  устройство  (компаратор);  Б - регистр хранения информации.

Соответствующие  временные  диаграммы   работы   такого   АЦП приведены на рис.1.2.

Работает он следующим образом. Входная величина Х подается на один из входов компаратора 4. На его второй вход подается с выхода ЦАП 3 компенсирующая величина Y,  которая формируется  с  помощью счетчика  2  и  генератора тактовых импульсов I. Изменение компенсирующей величины  Y происходит  ступенями,  равными шагу квантования ЦАП 3, который определяется разрядностью и  значением опорного напряжения этого ЦАП.

При выполнении условия Х≤Y компаратор 4 перебрасывается и в регистр хранения  информации 5 переписывается  цифровой  код  с выходов  счетчика 2. Этот код и представляет собой цифровой эквивалент входной величины X.

При достижении числа М на выходах счетчика Z  он сбрасывается в ноль и начинается новый цикл преобразования (измерения).

Очевидно, что в такой структуре диапазон измерения определяется значением максимального выходного напряжения ЦАП 3, а время  преобразования  t_пр.  определяемое  моментом   срабатывания компаратора 4, зависит от значения входной величины Y.

Сигнал  переноса  компаратора  может  быть  использован  для реализации  разовых  измерений,  например, при  введении  в струк­туру АЦП триггера.  В  этом  случае  преобразователь работает по команде оператора, сбрасывающего триггер в  исходное состояние, разрешающее работу. Выходным сигналом триггера можно сбрасывать  в ноль счетчик  2,  запрещать подачу  тактовых  импульсов  на  вход счетчика 2, разрешать работу регистра 5 на запись  информации или на подачу ее во внешние устройства  в  параллельном  коде,  что  и определяет разнообразие вариантов реализации АЦП.

Независимо от варианта реализации время преобразования такого АЦП

t_пр = m∙t_такт + t_зд,      (1.1)

где m - число  единичных  ступенек  квантования  (или импульсов тактовой частоты генератора I), необходимых для компенсации текущего значения входной величины Х;

t_такт - период тактовых импульсов генератора I;

t_зд  -   сумма  времени  задержки  срабатывания  компаратора  4, времени установления ЦАП 3 и времени задержки распространения сигнала регистра 5 при записи в него информации.

Обычно  значение  t_зд    определяется  практически  полностью временем установления ЦАП 3  как наиболее "медленного" звена.

В ряде  случаев,  когда t_такт < t_зд,    возможно появление специфической погрешности, обусловленной "проскакиванием" в счетчик 2  нескольких  дополнительных  импульсов. Поэтому  каждый случай повышения тактовой частоты для увеличения быстродействия  в таких АЦП должен тщательно анализироваться, так как увеличивать ее можно только до некоторого  предела,  определяемого  значением t_зд.

Разрешающая способность АЦП определяется зоной нечувствительности компаратора и значением шага квантования ЦАП.  Так как  это одни из самых точных элементов, то следует ожидать высокой линей­ности характеристики преобразования  такого  АЦП.  Поскольку  шаг квантования ЦАП  обычно  заметно  больше  зоны  нечувствительности компаратора,  то  статическая погрешность  (абсолютное  значение) практически равна шагу квантования.

Для её уменьшения в компенсирующую величину Y обычно  вводят постоянную составляющую, равную 0,5h, где h - значение шага кван­тования ЦАЛ. В этом случае  погрешность  квантования  также  будет составлять 0,5h. Действительно, если значение Х лежит в  пределах от 56,5h до 57,5h, то цифровой  отсчет  будет N = 57, то есть пог­решность квантования не превышает 0,5h.

Если  входная  величина  Х после  отсчета  изменяется,   то появляется динамическая погрешность d_дин, которая может достигать больших  значений  (рис.2).  Это  накладывает   ограничение   на допустимую скорость изменения входной величины Х исходя из значе­ния возможной динамической ошибки. Например, если δ _дин должна быть меньше вага квантования h, то необходимо, чтобы

,                    (1.2.)

где V_max - максимально допустимая скорость изменения входной величины X.

Развертывающие  АЦП имеют  наряду  с  простотой  аппаратной реализации и высокой линейностью характеристики преобразования еще одно достоинство - в них принципиально не могут возникнуть автоко­лебания.

Все это обуславливает их широкое применение  в  современной технике.

3. Порядок выполнения задания 1.

3.1. Ознакомиться со структурной схемой  развертывающего АЦП единичного приближения.

3.2. Ознакомиться с основными функциональными узлами  АЦП:  генератором  тактовых импуль­сов, счетчиками, источником опорного напряжения, компаратором, ЦАП и регистрами.

3.3. Нарисовать принципиальную электрическую схему восьмираз­рядного развертывающего АЦП единичного  приближения  и  временные диаграммы,  поясняющие  его  работу.

3.4. Определить  диапазон изменения  входного  сигнала  АЦП, допустимый для элементов.

3.5. Подключить необходимые  источники питания и проверить  с  помощью осциллографа  наличие  тактовых импульсов на выходе генератора тактовой частоты.  Измерить период тактовых импульсов и нарисовать их осциллограмму.

рис.1.1. Типовая  структура  АЦП   развертывающего      преобразования единичного  приближения.

рис.1.2. Соответствующие  временные  диаграммы   работы     АЦП .

3.6.  Измерить напряжение  на  выходе  источника   опорного напряжения   на   основе   термокомпенсированного   стабилитрона операционного усилителя (ОУ).

3.7. Рассчитать максимальное значение времени преобразования t_пр АЦП, используя результаты измерений по пп.3.5 и 3.6.

3.8. Рассчитать  максимально  допустимую  скорость  изменения входного сигнала АЦП для полученных ранее значений параметров, ис­ходя из условия, что динамическая ошибка преобразования не  должна превышать единицы шага квантования.

3.9.  Подключить  генератор  тактовых импульсов ко   входу двоично-десятичного  счетчиков  и включить  последние  на   "счет вперед".

3.10. Подключить источник  опорного  напряжения к  ЦАП и, наблюдая на его выходе пилообразное напряжение,  убедиться  в  его нормальном функционировании. Определить значение шага квантования ЦАП,  смещение  нуля  и максимальное   значение   его   выходного напряжения.

3.11. Собрать восьмираз­рядный развёртывающий АЦП единичного приближения согласно разрабо­танной ранее принципиальной схеме.

3.12. Подключить ко входу АЦП источник постоянного напряже­ния. Выставить входное напряжение АЦП равным 1 В.

3.13. Запустить АЦП, зарисовать временные  диаграммы  работы его элементов в циклическом режиме.

3.14. Прерывая подачу тактовых импульсов на входы счетчиков в произвольный момент времени, определить значение выходного кода  в двоичной и десятичной системах исчисления, сравнить их между собой и числом на трёхразрядном индикаторе.

3.15. Изменяя  значение  входного напряжения ЦАП от 0 до U_{вх max}, допустимого для элементов, определить характеристи­ку преобразования (зависимость N = f(U_вх), где N - отсчёт на циф­ровом индикаторе). Рекомендуемый шаг изменения значений U_вх – 0.10 В, а значение U_{вх max} = 3.5 В.

3.16. Сравнить между собой значения U_вх и его цифровые эквива­ленты. Поясните имеющиеся различия.

3.17. Изменить полярность входного напряжения АЦП,  выставить U_вх= 1 В. Записать полученный  на  цифровом  индикаторе  отсчет  и объяснить полученный результат.

3.18. Подключить ко входу АЦП генератор переменного напряже­ния с частотой f = 20 Гц и выставить U_вх =1 В. Зарисовать диаг­раммы выходного напряжения компаратора, используя  циклический режим работы АЦП.

3.19. Плавно увеличивая частоту входного сигнала, найти такое ее значение, при котором работа АЦП полностью нарушается.  Объяс­нить полученный результат.

Подготовить отчет по лабораторной работе по установлен­ной форме.

Задание2:Развертывающий АЦП с пилообразным компенсирующим сигналом.

1.Цель работы. 

Ознакомление с особенностями построения развертывающего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с пилообразным компенсирующим сигналом, принципом его действия.

2.Краткие теоретические сведения.

АЦП развертывающего преобразования представляют собой достаточно простые и в то же время точные устройства. Наиболее характерным для них является циклический режим работы, когда входная величина в каждом цикле измеряется заново.

При этом в каждом цикле входная величина Х сравнивается с однородной ей компенсирующей величиной У по жесткой, заранее заданной программе. Значения У изменяются обычно от нуля до У_max= Х_max. При выполнении условия Х=У по сигналу порогового устройства производится автоматический отсчет цифрового эквивалента значения входной величины Х.

Изменение компенсирующей величины У можно производить ступенчато, равномерными (единичное приближение) или неравномерными ступенями. Такие структуры получаются весьма простыми и имеют высокую линейность характеристик преобразования.

Однако они имеют существенный недостаток - значение компенсирующей величины У всегда задается с какой-то дискретностью и точнее определить значение Х принципиально невозможно.

Более привлекательным выглядит случай, когда компенсирующая величина У изменяется линейно. Очевидно, что в этом случае можно определить значение Х более точно.

Типовая структура АЦП развертывающего преобразования с изменяющимся линейно компенсирующим сигналом приведена на рис.2.1. Она содержит следующие функциональные узлы: 1 - генератор тактовых импульсов; 2 - цифровой счетчик по модулю М; 3 - генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), у которого максимальное выходное напряжение превышает максимально возможное значение входного сигнала АЦП; 4 - сравнивающее пороговое устройство (компаратор); 5 - регистр хранения информации.

Соответствующие временные диаграммы работы такого АЦП приведены на рис.2.2.

рис.2.1.Типовая структура АЦП развертывающего преобразования с изменяющимся линейно компенсирующим сигналом.

рис.2.2. Соответствующие временные диаграммы работы АЦП

        Развертывающий аналого-цифровой преобразователь с пилообразным компенсирующим сигналом работает следующим образом. Входная величина Uвх подается на один из входов компаратора 4, на другой его вход подается компенсирующее линейно изменяющееся напряжение с выхода ГЛИН 3. Запуск ГЛИН 3 синхронизирован с запуском на "счет вперед" счетчика 2. Поэтому при нарастании компенсирующего напряжения счетчик 2 начинает считать импульсы генератора тактовой частоты 1. При выполнении равенства Uвх = U_ГЛИН компаратор 4 перебрасывается и останавливает счетчик 2. Одновременно производится запись выходного кода счетчика 2 в регистр 5. ГЛИН 3 при этом может быть  так же остановлен  или может вырабатывать возрастающее напряжение компенсации и дальше, вплоть до достижения равенства U_ГЛИН  = Uвх_max , после чего осуществляется его сброс. Далее процесс повторяется при работе в циклическом режиме или система ожидает следующего сигнала "Пуск" если она работает в разовом режиме.

Диапазон измерения такого АЦП определяется максимально допустимым значением выходного напряжения ГЛИН 3. Время преобразования t_пр определяется моментом срабатывания компаратора 4 и зависит от значения входной величины У.

Конкретная электронная схема такого АЦП может иметь различные варианты реализации. Например, при введении в его структуру дополнительных логических элементов и простейших RS-триггеров можно реализовать не только циклический, но и разовый запуск (по команде оператора), а также ждущий режим (при использовании дополнительного сигнала переброса компаратора). Выходным сигналом триггера можно сбрасывать в ноль счетчик 2 и ГЛИН 3, запрещать подачу тактовых импульсов на вход счетчика 2, разрешать работу регистра 5 на запись входной информации и на выдачу ее во внешние устройства в параллельном коде.

Время преобразования такого АЦП независимо от варианта реализации:

              (2.1.)

где V_ГЛИН - скорость нарастания выходного сигнала ГЛИН 3;

    t_зд - сумма времени задержки срабатывания компаратора 4, задержки запуска ГЛИН 3 и времени задержки распространения сигнала регистра 5 при записи в него информации.

Время задержки распространения сигнала при записи в регистр 5 составляет для ТТЛ-структур 10-20 нс, время задержки запуска ГЛИН составляет обычно 10-100 нс, поэтому значение t_зд  практически полностью определяется в данном случае временем переключения компаратора 4, которое составляет не менее 500 нс при использовании в качестве компаратора операционного усилителя типа 544 УД2.

Время переключения компаратора зависит от многих факторов (значения входной величины, скорости ее изменения, температуры, напряжения питания, выходных уровней напряжения и т. д.) и является случайной величиной. Изменение U_ГЛИН за это время представляет собой специфическую погрешность, так же носящую случайный характер - погрешность датирования отсчетов (апертурную погрешность), имеющую постоянную и случайную составляющие.

Кроме того, напряжение ГЛИН всегда имеет свои нелинейности, которые вносят дополнительные составляющие в общую погрешность преобразования АЦП. При использовании прецизионных ГЛИН типа время амплитудных преобразователей (ВАП) нелинейность пилы ГЛИН может быть снижена до10^-4%.

Развертывающая способность АЦП определяется здесь зоной нечувствительности компаратора, которая составляет не менее 3-5 мВ для компаратора но операционном усилителе. Другой величиной второго порядка малости, ограничивающей разрешающую способность АЦП с пилообразным компенсирующим сигналов, получаемым с ВАП, является наличие так называемой «мертвой зоны», которая составляет до 10 нс или до 0.2-0.4мВ выходного сигнала ВАП.

Если скорость изменения входной величины Х больше максимально возможной скорости изменения U_ГЛИН , то АЦП принципиально неработоспособен, так как ни одного отсчета за все время развертки получить не удастся. (рис.2.3). Если входная величина Х после отсчета изменяется, то это приводит к появлению динамической ошибки, пропорциональной такому изменению (рис.2.4). Это накладывает ограничение на максимальную скорость изменения входной величины Х:

 исходя из допустимого значения возможной динамической ошибки

              (2.2.)

где V_max - максимально допустимая скорость изменения входной величины Х;

Т_ц - время цикла преобразования;

t_пр - время преобразования.

Рис.2.3.

Рис.2.4.

АЦП развертывающего преобразования с линейно изменяющимся компенсирующим сигналом имеют более высокую линейность характеристики преобразования, чем такие же АЦП со ступенчато изменяющимся компенсирующим сигналом при прочих равных условиях. В них так же не могут возникнуть автоколебания. Все это обуславливает их широкое применение в современной преобразовательной технике.

Рис.2.5. Осциллограммы измеряемого напряжения и линейно изменяющегося компенсирующего (опорного) напряжения (ГЛИН).

3.Порядок выполнения задания 2.

        3.1. Ознакомиться со структурной схемой  развертывающего АЦП с линейно изменяющимся компенсирующим сигналом.

3.2. Ознакомиться с основными функциональными узлами  АЦП:  генератором  тактовых импуль­сов, счетчиками, источником линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН ), компаратором и регистрами.

3.3. Собрать схему исследуемого АЦП  и  временные диаграммы,  поясняющие  его  работу. Примерный вид  таких временных диаграмм представлен на рис2.5.

3.4. Определить  диапазон изменения  входного  сигнала  АЦП, допустимый для элементов.