Аналого-цифровое преобразование.

Сначала простейший случай: сравнение неизвестного сигнала (напряжения) U_x с заранее заданным пороговым значением U_п. В результате формируется однобитовый логический сигнал (например, 1 - U_x > U_п, 0 ‑ U_x < U_п). Устройство, выполняющее такое сравнение, называют аналоговым компаратором.

Для получения многоразрядного двоичного кода, значение которого функционально связано с значением измеряемой (преобразуемой) аналоговой величины, требуется выполнить более, чем одно сравнение измеряемого напряжения и эталонных значений.

Различают три классических метода аналого-цифрового преобразования. Они различаются тем, в каком порядке и с какими значениями эталонного напряжения производится сравнение.

Метод последовательного счета. Компаратор один, последовательно во времени производятся сравнения U_x со значениями U₀, 2U₀, 3U₀,…, (где U₀ – величина единицы младшего разряда – кванта), одновременно ведется подсчет сравнений (двоичным счетчиком). Процесс измерения останавливается, когда компаратор покажет U_x < NU₀. Величина N есть числовой эквивалент U_x. Количество последовательно выполняемых сравнений (время измерения, преобразования) зависит от величины входного напряжения, и в максимуме достигает 2ⁿ-1 для n-битового результата. Этот метод самый медленный. Время преобразования – миллисекунды или больше.

(Можно нарисовать структурную схему).

Метод поразрядного кодирования. Эквивалентен взвешиванию на весах с использованием двоично-взвешенных эталонов , 2⁰*U₀, 2¹*U₀,…, , 2^n-1*U₀. Для получения n цифр двоичного кода требуется последовательно выполнить n сравнений. Время преобразования от долей мкс. до десятков мкс.

(Можно нарисовать структурную схему).

Метод считывания (параллельный). Одновременно производится 2ⁿ-1 сравнений с эталонными значениями U₀, 2U₀, 3U₀,…, (2ⁿ-1)U₀. В результате на 2ⁿ-1 выходах компараторов формируется «термометрический» код, который следует еще преобразовать в обычный двоичный. Время преобразования определяется суммой времени срабатывания компаратора (все срабатывают одновременно) и времени перекодирования в двоичный код. Этот метод самый быстрый. Время преобразования от наносекунд до сотен нс, частота отсчетов до 1 ГГц.

(Можно нарисовать структурную схему).

Существует множество комбинированных структур, сочетающих использование разных методов преобразования.