Тема 10. Аналого-цифрові і цифро-аналогові перетворювачі

Багатоканальні АЦП на сьогодні досить поширені, особливо там, де потрібно об’єднати інформацію, отриману від кількох її джерел, тобто, наприклад, від різних сенсорів. Такі АЦП можна застосовувати, наприклад, для моніторингу напруги на входах, контролю крайніх значень, реєстрації показів, управління виходами (навантаженням) тощо. Схема багатоканального АЦП УМ-АЦП1 на основі мікроконтролера РІC16F876A наведена на рис. 4.13.

Комерційна версія такого пристрою має по 40 входів та виходів, але їх кількість може бути й іншою.

Структурні методи покращення характеристик АЦП

Необхідно відзначити, що висока точність досягається за рахунок як вдосконалення елементної бази, процесу виготовлення, так і застосовуваними матеріалами. Певні відхилення ваг розрядів від необхідних значень зазвичай корегуються шляхом лазерної підгонки в процесі виготовлення резисторів АЦП. При цьому вимагається збільшення площі внутрішньо кристальних компонентів і кристала в цілому, а також виникає проблема вилучення матеріалів кристала в ході пригонки. Ці процеси порушують структуру матеріалів компонентів, зменшують часову і температурну стабільність схеми.

Рисунок 4.13 – Схема багатоканального АЦП УМ-АЦП1

 Більш перспективним є підхід, який уникає фізичного впливу на елементи схеми. Наприклад, у випадку використання ЦАП на основі двійкової системи числення, зменшення статичних похибок досягається корекцією вихідної величини шляхом введення поправки в аналоговій формі, що формується додатковим корегувальним ЦАП. В цьому випадку перетворюваний код Kвх подається, як показано на рис. 4.14, на вхід основного ЦАП і в цифровий обчислювальний пристрій (ЦОП).

Рисунок 4.14 – Корекція вихідної величини двійкового ЦАП

В ЦОП вираховується код поправки, що надходить на вхід корегувального ЦАП. Результат перетворення Авих формується за допомогою суматора  аналогових величин. Але застосування такого принципу при аналого-цифровому перетворенні дає деяке зниження швидкості пристроїв.

Також використовують введення в прилади при розробці інформаційної надмірності у вигляді надлишкових позиційних систем числення (НПСЧ), що комплексно вдосконалює водночас кілька характеристик аналого-цифрового перетворення. Збільшення розрядної сітки пристрою (а відповідно і збільшення кількості тактів при порозрядному зрівноваженні) підвищує точність АЦП середньої і високої швидкості, реалізованих на грубих аналогових вузлах, а з іншого боку підвищує швидкодію високоточних АЦП на елементній базі середньої швидкості.

Підвищення швидкодії багаторозрядних АЦП досягається двома шляхами. Перший орієнтується на використання більш досконалої елементної бази, що не є досить простим шляхом. Другий шлях пов’язаний із введенням надмірності, переважно структурної, при проектуванні.