Вход

Останабла-

!ающий

импульс

3 -I

ОстанаблиВакщш импульс

Грубо

Точно

Выход

Рис. 3.7. Принципиалшая схема двухступенчатой интегрирующей системы:

1 - сумматор; 2 - затвор; 3 - интегратор грубый; 4 - интегратор точный; 5 - счетчик. Грубый интегратор дает уровни, ближайшие к целому числу шагов; число шагов считывается. Остаток интегрируется точньин интегратором и дает младшие разряды. Грубый интегратор должен быть смещен так, чтобы напряжение на его выходе было ниже реалыюго значения и чтобы оно запускало точный интегратор

Такая частота может показаться слишком высокой в сравнении с частотами звукового диапазона, но она невелика по сравнению с частотами, используемыми в персональных компьютерах, и является средней для современной интегральной щ1фровой техники.

Другой формой является последовательный тип АЦП (рис. 3.8). Он состоит из регистра последовательный вход-параллельный выход (SIPO), набора Д-триггеров FIFO, называемого также регистром параллельный вход-параллельный выход, цифро-аналогового преобразователя и компаратора, выход которого управляет работой регистров. Принцип действия этой схемы не слишком очевиден, поэтому представим себе, что происходит при выборке.

Пусть на выходе ЦАП в момент выборки О, следовательно, уровень сигнала на выходе меньше сигнала на входе. Если на двух входах компаратора О, то на его выходе высокий уровень и первый тактирующий импульс, поступающий на вход SIFO-регистра переключает первый триггер PIPO-регистра; напряжение на его выходе станет высоким. Этот первый выход PIPO-регистра подключен к старшему входу ЦАП, который для 16-битового регистра соответствует 32 767-му шагу амплитуды.

Дальнейшее зависит от того, будет ли уровень входного сигнала больше или меньше уровня на выходе ЦАП для этого входного числа. Если входной сигнал меньше соответствующего значения, то для этого бита на выходе компаратора будет О и на выходах SIPO- и

Рис. 3.8. Принцип последовательной аппроксимации в АЦП. PIPO-регисгр необычного типа; он состоит из триггеров, к которым тактирующие импульсы подаются последовательно. Это позволяет изменить состояние выходов без учета предще ствующего состояния

Вход

PI РО

Защелки

: Выход

и,-А

PIPO-регистров тоже 0. Если уровень входного сигнала больше уровня сигнала на выходе ЦАП, то первый бит останется на первом месте регистра. Тактирующий импульс не перешлет этот импульс на следующий вход PIPO-регистра, однако воздействует на вход PIPO, который останется на ранее достигнутом уровне. Сигнал на выходе будет больше или меньше сигнала на входе, в результате второй бит в Р1Р0-ре-гистре установит уровень на выходе 1 или вернет его в 0. Второй бит представляет 16 384-й шаг, если его уровень 1, и О, если его уровень 0. Процесс повторяется для всех 16 ступеней регистра, пока двоичное число на выходе PIPO-регистра, соединенного со входом ЦАП, не сделает выход ЦАП равным уровню входного сигнала.

При использовании этого метода за время выборки надо сделать только 16 операций сравнения; на одну из этих операций приходится максимум 1,25 мкс. В это время входит время сдвига информации по регистру; также требуется высокое быстродействие ЦАП, более высокое, чем обеспечиваемое большинством конструкций. Скорость - проблема большинства цифровых устройств; она постоянно повышается путем совершенствования технологии изготовления ИС, а также за счет применения новых материалов, например арсенида галлия.

ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ЧИСЛА

Итак, мы предположили, что работаем с числами в диапазоне от О до 65 535 - диапазоне, который может быть представлен 16 битами. Но напряжения, с которым мы имеем дело - переменные и в том числе отрицательные. Двоичная система счисления не содержит прямых оговорок, препятствующих использованию знака отрицания, но при любом методе преобразовашя десятичных чисел в двоичные один из битов необходимо использовать для указания знака (знаковый бит). Обычно старший бит используется как знаковый; при О в знаковом бите число положительное, при 1 - отрицательное. Принцип образования Фбитовых чисел иллюстрируется нижеприводимым примером для чисел от 0000 до 0111 (от О до 7) - положительных и от 1000 до

1111 (от 8 до 15) отрицательных. Способ образования отрицательных чисел несколько неожиданен, поскольку в этом простом примере изменениям от +7 до -8 соответствуют изменения от 0111 до 1000. Значение отрицательного числа в десятиодых терминах есть значение числа (в пренебрежении знаком) за вычетом 16.

Преобразуемое число должно быть таким, чтобы старший бит оказался незанятым. Преобразуемое число записывается в двоичном коде и полученное число записывается в обратном коде путем замены О на 1 и 1 на 0. К полученному числу прибавляется 1.

Пример

4-битовые числа от -8 до +7. Преобразование производится без учета знака,

1. Запишите десятичное число в двоичном коде как положительное -6 ->+6 = =0110

2. Получите обратный код 0110 ->-1001

3. Прибавьте 1: 1001 -И =1010

4. Число отрицателыюе, поскольку знаковый бит 1.

Таков метод кодирования отрицательных чисел. Старший значащий бит (слева) используется как знаковый бит. Преобразование выполняется без учета знака, затем отрицательное число обращается и добавляется 1.

Для 16-битового числа диапазаон положительных чисел от О до 32 767 и отрицательных от -1 до -32 768. Как видно, в итоге сохраняется названный выше диапазон от О до 65 537, но он расщеплен на положительную и отрицательную области. На методы АЦП это обстоятельство не влияет, только надо иметь в виду, что полярность сигналов будет такова, что отрицательные числа в АЦП смогут превышать 1 ООО ООО ООО ООО ООО.