Версия 12:58, 24 февраля 2013

АЦП - аналого-цифровой преобразователь(Analog to Digital, ADC), устройство, которое преобразует входной аналоговый сигнал в выходной цифровой сигнал представленный, преимущественно, в двоичном коде. Входным сигналом может быть практически любая физическая величина, но для определённости условимся, что входным сигналом является напряжение. Основными параметрами АЦП является разрядность выходного сигнала и скорость преобразования.

В данной статье будут кратко рассмотрены основные виды АЦП, представляющие информацию в двоичном коде. И более подробно АЦП, которые представляют информацию в системе остаточных классов.

Виды АЦП

Параллельный АЦП (Flash or parallel ADC)

Параллельные АЦП имеют разрядность 6-8 бит при скорости до 1 GSPS (giga samples per seconds). Архитектура данного вида АЦП представленная на рисунке.

Принципе работы относительно прост. На каждый компаратор подаётся входной аналоговый сигнал и доля опорного напряжения. Сравнивая их друг с другом каждый отдельно взятый компаратор вырабатывает логическую 1 или 0 на своём выходе, которые поступают в приоритетный шифратор (priority encoder).

• Достоинства:
  • Простая архитектура и принцип работы.
  • Высокая скорость работы.
• Недостатки:
  • Маленькая разрядность. При повышении разрядности потребляемая мощность и площадь на кристалле растут слишком быстро.

Интерполяционный АЦП (Interpolating Flash ADC)

Является логическим развитием параллельного АЦП и призван упростить аппаратное усложнение при повышении разрядности,а значит повысить общую эффективность преобразования. Основная идея состоит в использовании предусилителей в качестве линейных усилителей. На рисунке представлен 3-битный интерполяционный АЦП.

Двухступенчатый АЦП (Two-stage flash ADC)

Ещё одно развитие параллельного АЦП. Наиболее популярная архитектура, обеспечивающая высокую скорость преобразования и среднее разрешение. На первом шаге аналоговый сигнал подаётся на n-разрядный АЦП, который делает грубое преобразование и вырабатывает n старших битов кода(MSB - Most Significant Bit). Эта же информация попадает в ЦАП и преобразуется обратно в аналоговый вид, который затем вычитается из первоначального сигнала. Остаток преобразуется АЦП разрядности m и вырабатывается m младших битов (LSB, Lowest Significant Bit). В итоге получается цифровой сигнал разрядности P = n+m.

• Достоинства:
  • Уменьшение аппаратных затрат (30 компараторов в двухступенчатом АЦП против 255 в обычном для получения 8-разрядных чисел).
  • Уменьшение потребления и входной ёмкости.
• Недостатки:
  • Более высокая задержка в сравнении с обычным параллельным АЦП.
  • Необходимость применения ЦАП большей разрядности чем P.

Конвейерный АЦП (Pepilined ADC)

Ещё один вид архитектуры получается из развития двухступенчатого варианта АЦП - конвейерный. На каждой стадии используются одноразрядные преобразователи. В итоге получается количество бит в точности равное количеству шагов. Для организации конвейера необходимо использовать устройство выборки/хранения(S/H).

• Достоинства:
  • Меньшая аппаратная сложность.
• Недостатки:
  • Необходимость калибровки.