Архитектура аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский институт электронной техники

Национальный исследовательский университет

Кафедра систем автоматического управления и контроля

Архитектура АЦП

Каршов Роман Сергеевич студент магистратуры

Аннотация

В статье рассмотрена разница между аналоговой и цифровой информацией. Приведена краткая характеристика основных типов архитектуры АЦП: преимущества и недостатки.

Ключевые слова: АЦП, АЦП параллельного типа, сигма-дельта АЦП, АЦП последовательного приближения, АЦП конвейерного типа.

Abstract

The article discusses the difference between analog and digital information. A brief description of the main types of ADC architecture: advantages and Abstract: The article discusses the difference between analog and digital information. A brief description of the main types of ADC architecture: advantages and disadvantages.

Keywords: ADC ADC parallel type, a sigma-delta ADC, SAR ADC, ADC conveyor type.

Разница между аналоговой и цифровой информацией

У аналоговых сигналов бесконечное число выходных состояний, в то время как у цифровых - конечное. Примеры аналоговых и цифровых сигналов приведены на Рис. 1 и 2 соответственно.

Рис. 1. Аналоговый сигнал

Рис. 2. Цифровой двоичный сигнал

цифровой сигнал архитектура преобразователь

Поскольку цифровые сигналы имеют конечный набор символов, их намного легче восстановить в приемнике, чего не скажешь про аналоговые сигналы. Например, если переданный двоичный цифровой сигнал искажен источником белого шума, есть возможность точно определить, была передана 1 или 0. При встрече того же источника шума с аналоговым сигналом полученный сигнал постоянно искажен [1]. Таким образом, передаваемый сигнал не может быть восстановлен точно.

В современных системах связи, требующих быстрой и точной передачи сигналов по каналам с помехами, обычно используется цифровая передача.

Альтернативная архитектура АЦП

Архитектура АЦП разрабатывалась в течение долгих лет, оптимальная относительно одного или нескольких показателей производительности. В таблице представлены преимущества и недостатки архитектур [2].

Таблица 1. Сравнение архитектур АЦП

АЦП параллельного типа обладают наибольшим быстродействием и низкой разрядностью. Данный тип преобразовывает аналоговый сигнал в цифровой, используя параллельный набор компараторов. Для разрядного преобразователя, схема работает с компараторами. Резистивный делитель с резисторами обеспечивает опорное напряжение. Каждый компаратор производит цифровой выход в форме 1 или 0. Если входное аналоговое напряжение больше, чем опорное, то компаратор выдает 1. Если входное напряжение меньше, то 0. Таким образом, компаратор производит цифровое представление аналогового напряжения в виде нулей и единиц [3]. Кодирующее устройство преобразовывает их в двоичное число и подает на выход. АЦП параллельного типа идеально подходят для приложений, требующих очень большой пропускной способности, но они потребляют больше энергии, чем другие архитектуры АЦП и, как правило, ограничены 8-битным разрешением.

Сигма-дельта АЦП используют, когда необходима большая разрешающая способность. АЦП данного типа могут обеспечить разрешающую способность до 24 разрядов, но при этом уступают в скорости преобразования. Используются в системах сбора данных и измерительных оборудованиях, где необходимо разрешение более 16 разрядов. В математике и физике греческая буква (Д) обозначает разницу или изменение, в то время как сигма (У) обозначает суммирование. В ДУ-конвертере аналоговый входной сигнал напряжения подключен ко входу интегратора, производя на выходе скорость изменения напряжения, соответствующую величине входного сигнала. Компаратор действует как своего рода 1-битный АЦП, выдавая 1 бит на выход в зависимости от того, каким является выходной сигнал интегратора (положительным или отрицательным).

АЦП последовательного приближения в наше время является наиболее распространенным видом с высокой разрешающей способностью, частотой дискретизации до 5 миллионов сигналов в секунду и разрешением от 8 до 16 бит. Данный тип в основном осуществляет алгоритм двоичного поиска. Архитектура относительно проста в использовании, не имеет никакой конвейерной задержки. Данный метод основан на принципе дихотомии, т.е. последовательного сравнения измеряемой величины. Это позволяет для разрядного АЦП последовательного приближения выполнить преобразования за итераций, вместо при использовании последовательного счета и получить существенный выигрыш в быстродействии.

АЦП конвейерного типа стало самой популярной архитектурой для частоты дискретизации от нескольких до 100 миллионов сигналов в секунду. Решения колеблются от восьми бит в более быстрых частотах дискретизации до 16 бит по более низким показателям [4]. Эти решения и частоты дискретизации охватывают широкий диапазон применений: ультразвуковая медицинская визуализация, цифровые приемники, цифровое видео (HDTV), XDSL, кабельные модемы и быстрый Ethernet. Приложения с более низкими частотами дискретизации относятся к АЦП последовательного приближения. Заключение

В данной статье были рассмотрены принципиальные различия между аналоговыми и цифровыми сигналами. Приведены краткие характеристики основных типов архитектур АЦП. Самыми быстрыми являются АЦП параллельного и интерполяционного типа, более точная Сигма-дельта АЦП.

Литература

1. Lathi B.P. Современные цифровые и аналоговые системы Commuincation. Издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк, 1998

2. Ken Johns, David and Martin. Analog Integrated Circuit Design. John Wiley & Sons, Inc:New York, 1997.

3. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М.: Энергоатомиздат, 1990. 320 с.

4. Солодимов А.А., Полубабкин Ю.В. Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь повышенной точности // Приборы и техника эксперимента, 1986. № 2. С. 106-109.

Размещено на Allbest.ru