АЦП такого типа обладают высоким быстродействием (их пропускная способность может составлять до 1 МГц) и хорошей разрешающей способностью (до 16 разрядов). Они выпускаются в виде ИС и широко используются со многими типами датчиков. Их время преобразования постоянно и не зависит от входного сигнала. Все преобразования уникальны, поскольку внутренние логические схемы и регистры обнуляются после каждого из них, что делает АЦП последовательного приближения пригодными для многоканального мультиплексирования. АЦП, показанный на рис. 5.29А, состоит из прецизионного компаратора напряжений; модуля, включающего в себя сдвиговые регистры и логический блок управления; и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), выполняющего роль цепи ОС, связывающей цифровые выходы со входом аналогового компаратора.
Метод преобразования заключается в сравнении неизвестного входного напряжения Vinс прецизионным напряжением Va или током, генерируемым ЦАП. Этот метод похож на процесс взвешивания при помощи набора из п эталонных гирь, соответственно равных 1/2 кг, 1/4 кг, 1/8 кг, 1/16 кг и т.д. (Общий вес всех гирь при этом составляет 1 кг).
Перед началом цикла преобразования все регистры очищаются, а на выходе компаратора устанавливается ВЫСОКИЙ уровень напряжения. На входах ЦАП задается код, равный СЗР (1/2 максимального значения). При этом на выходах ЦАП формируется, соответствующее этому коду аналоговое напряжение Va, равное половине максимального входного сигнала. Если при этом входное напряжение больше напряжения ЦАП, уровень на выходе компаратора остается ВЫСОКИМ, и в соответствующем разряде регистра формируется
Глава 5. Интерфейсные электронные схемы
значение, равное «1». После этого к СЗР добавляется следующий по значимости разряд (2/8 = 1/4 максимального значения). Если и в этом случае входной сигнал остается больше напряжения ЦАП, к ним добавляется следующий бит и т.д. Так происходит до тех пор, пока входной сигнал не станет меньше напряжения ЦАП. В рассматриваемом примере это произошло на втором шаге. При этом выходной сигнал компаратора сразу же переключается на НИЗКИЙ уровень, а в соответствующем разряде регистра устанавливается значение «О». После чего подключается очередной (третий) разряд. Процесс такого сравнения продолжается до тех пор, пока не будет использован последний МЗР. После чего на линии состояния выставляется «1», информирующая об окончании цикла преобразования, и данные могут быть считаны из регистра. Код, сформированный в выходном регистре, соответствует цифровому представлению входного сигнала.
Рис. 5.29.АЦП последовательного приближения: А — блок-схема, Б — временная диаграмма, поясняющая процесс 3-х разрядного взвешивания
Для получения достоверных данных входной сигнал не должен меняться в течение всего цикла преобразований. Невыполнение этого условия может привести к возникновению ошибок. Для обеспечения постоянства входного напряжения в состав АЦП последовательного приближения, как правило, входит схема выборки и хранения, являющаяся аналоговым устройством, запоминающим входной сигнал в начале цикла и хранящим это значение до окончания всех преобразований .