АЦП подвійного інтегрування.

Розглянуті АЦП мають спільний недолік − відносно низьку завадостійкість, яка обмежує розділювальну здатність перетворювача до рівня . Недостатня розрядність АЦП при цьому знижує і точність АЦ-перетворення. Цей суттєвий недолік практично відсутній у АЦП інтегруючого типу, принцип дії якого полягає у використанні в процесі перетворення операції інтегрування вхідного сигналу за певній відрізок часу. Зрозуміло, що чим вищі вимоги до точності АЦ-перетворення, тим більше часу для їх задоволення потрібно витратити. У тих випадках, коли вимоги до швидкодії невисокі, наприклад у переважній більшості цифрових вимірювальних приладів, доцільно застосувати інтегруючі АЦП. До найефективніших АЦП такого типу належать АЦП подвійного (двотактного) інтегрування.

На рис.7.13 показано блок-схему, а на рис.7.14 – часові діаграми роботи АЦП подвійного інтегрування, що складається з трипозиційного ключа з середнім нейтральним положенням (0), нормально замкненого ключа , інтегратора на ОП, компаратора нуля К, схеми керування, генератора тактових імпульсів, двох схем збігу 1 і 2 та двох лічильників − з фіксованим і змінним (лічильник результату) періодами.

Процес перетворення задопомогою АЦП подвійного інтегрування реалізується таким чином. Повний цикл роботи АЦП складається з двох тактів: перший такт призначений для інтегрування вхідної напруги протягом фіксованого періоду , протягом другого такту за період інтегрується еталонна напруга , що має протилежну полярність до

Рис. 7.13. АЦП подвійного інтегрування.

Рис. 7.14. Часова діаграма АЦП подвійного інтегрування.

Перед початком роботи АЦП ключ знаходиться в нейтральному положенні (0), а ключ закритий, що забезпечує на виході інтегратора рівень напруги трохи більший за нуль, але достатній для підтримання нульового рівня на виході компаратора К. При цьому на виходах 1 і 2 схеми керування також фіксується нуль.

При появі імпульcу запуску сигнали схеми керування переводять ключ , у положення 1, а ключ − у розімкненний стан. При цьому вхідна напруга , яка у даній схемі АЦП передбачається додатної полярності, почне інтегруватись інтегратором на ОП. Отже, починаючи з моменту часу при на виході К з’явиться одиниця, яка змінить стан виходу і схеми керування з нуля в одиниці дасть дозвіл схемі збігу і для подання тактових імпульсів з генератора на лічильник фіксованого періоду . Останній відраховує протягом часу певне число тактових імпульсів і своїм імпульсом переповнення скидує лічильник в 0 та переводить схему керування на другий такт роботи АЦП.

Отже, у кінці першого такту інтегрування у момент часу на виході інтегратора зафіксується напруга

, (7.14)

де − період тактових імпульсів генератора.

Другий такт роботи АЦП починається з того, що на виході схеми керування з’являється сигнал, який переводить ключ в положення: 2, поєднуючи від’ємну напругу на вхід інтегратора, на виході 2 виробляє високий рівень, тобто одиницю, з допомогою якого тепер схема збігу 2 під’єднує генератор тактових імпульсів на вхід лічильника результату. Протягом інтервалу часу лічильник буде підраховувати тактові імпульси доти, поки з виходу 2 схеми керування буде подаватись одиниця на схему абігу 2. При від’ємній еталонній напрузі вихідна напруга інтегратора змінюється у протилежному напрямі, отже, прямує до нуля. Тому в момент при компаратор повернеться у початковий стан і на виході 2 схеми з’явиться керування низького рівня, тобто нуль, при цьому перекривається подача тактових імпульсів на вхід лічильника результату. Решта виходів схеми керування повернуться в початковий стан.

Таким чином, у момент часу на регістрі лічильника результату фіксується числовий код . Оскільки в кінці другого такту роботи АЦП напруга на виході інтегратора тобто

, (7.15)

з рівності отримуємо остаточний вираз перетворення на виході АЦП подвійного інтегрування:

, (7.16)

де − коефіцієнт пропорційності даного способу АЦ-перетворення.

Як видно кінцевий результат за таким способом АЦ-перетворення не залежить від періоду Т_о тактових імпульсів генератора та сталої часу інтегрування RC. Очевидно, що точність розглянутого способу АЦ-перетворення буде залежати від стабільності еталонної напруги U₀ і числа n₀ тактових імпульсів генератора.

Важливою особливістю АЦП подвійного інтегрування є те, що він забезпечує високу завадостійкість завдяки процесам усереднення та згладжування (придушення) швидкозмінних шумових чи завадових складових вхідного сигналу, які можуть бути присутні на вході АЦП. З метою придушення сітьових завад період тактових імпульсів доцільно задавати кратним періоду сітьової напруги, що становить ~0, 02с. Розглянуті переваги АЦП подвійного інтегрування дозволяють досить легко досягнути точності перетворення 0, 01%. Недоліком цього способу перетворення є мала швидкодія (при заданій розрядності швидкодія АЦП визначається частотою , вибір якої обмежується в основному часом спрацювання компаратора).

8. ІНТЕГРАЛЬНІ ЗАПАМ’ЯТОВУВАЛЬНІ ПРИСТРОЇ *