Выбор и обоснование принципа работы узла аналого-цифрового преобразования

По существу аналого-цифровые преобразователи либо преобразуют аналоговый входной сигнал (напряжение или ток) в частоту или последовательность импульсов, длительность которой измеряют для обеспечения отображающего цифрового сигнала, либо, чтобы получить цифровой выходной сигнал, сравнивают входной сигнал с переменным опорным сигналом, используя внутренний ЦАП.

В основном находят применение 2 основных типа АЦП: двухтактный интегрирующий АЦП и АЦП последовательного приближения. Каждый из них преобразовывает входное напряжение в цифровой код, пропорциональный входному напряжению.

При выборе принципа работы узла аналого-цифрового преобразования будем учитывать следующие факторы:

точность преобразования;

скорость преобразования;

стабильность точностных характеристик преобразователя во времени;

стоимость преобразователя;

гальваническое разделение входных и выходных цепей.

Рассмотрим все эти факторы:

) из задания известно, что время реакции датчика на изменение температуры составляет более 10 секунд - можем применить низкоскоростной АЦП;

) требования к точности преобразования - 14 разрядный АЦП;

) стоимость преобразователя - как можно дешевле;

) стабильность точностных характеристик преобразователя во времени - с течением времени преобразователь должен обеспечивать высокое качество преобразования без необходимости частой калибровки потребителем;

) практически все АЦП позволяют реализовать гальваническое разделение между входными и выходными цепями, различия будут лишь в технической реализации и стоимости выбранного решения.

Этим требованиям отвечают интегрирующие АЦП, которые имеют дополнительные преимущества по сравнению с АЦП последовательного приближения: минимальное число необходимых точных компонентов, высокую помехоустойчивость, отсутствие дифференциальной нелинейности, низкую стоимость.

Недостатком таких АЦП является большое время преобразования, обусловленное привязкой периода интегрирования к длительности периода питающей сети. В нашем случае требования по быстродействию АЦП позволяют применить данный вид АЦП.

Рассмотрим принцип работы двухтактного интегрирующего АЦП.

В первом такте цикла преобразования производится интегрирование - накопление интеграла от некоторого входного сигнала, а затем во втором также выполняется операция «разинтегрирования» - считывание накопленного интеграла путем подачи на вход интегратора другого входного сигнала (опорного). Диаграмма изменения напряжения Uи на выходе неинвертирующего интегратора при реализации принципа двухтактного интегрирования показана на рис. 5.

Рис. 4. Упрощенная схема двухтактного интегрирующего АЦП

В первом такте длительностью Т1 напряжение Uи изменяется от некоторого начального уровня (в частном случае от нуля) до значения Uм. Во втором такте длительностью Т2 происходит обратное изменение Uи - от Uм до исходного уровня. Накопление интеграла (в течение Т1) происходит при подаче на вход интегратора напряжения Uвх.и = U1, а считывание (Т2) - при подаче напряжения Uвх.и = U2.

Рис. 5. Диаграмма изменения интеграла при реализации принципа двухтактного интегрирования

Суммарное приращение интеграла за цикл интегрирования равно нулю, поэтому можно записать

,

Где τ - постоянная времени интегратора.

Отсюда видно, что напряжения U1 и U2 должны иметь различную полярность, а соотношение длительностей тактов определяется равенством

Прочитайте еще и эти статьи:

Услуга передачи коротких сообщений
Компьютеризация телекоммуникационного оборудования идет параллельно с процессами приватизации национальных систем связи, появлением на рынке крупных фирм - операторов, что приводит к усилению конкурентной борьбы. В результате сни ...

Разработка конструкции преобразователя частоты
Автономные инверторы - устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку. В качестве нагрузки автономного инвертора может выст ...