Схема с одним УВХ

Один из вариантов схемы АЦП с коммутацией показан на рис. 10.2. Это устройство работает следующим образом. Формирователь импульсов коммутации формирует импульсы, которые управляют ключом и мультиплексором. Как правило, на преобразование каждого сигнала выделяется одинаковое время. Если преобразуются два сигнала, то устройство получается двуканальным. В этом случае, например, выходной сигнал формирователя замыкает первый канал в ключе и мультиплексоре при низком уровне своего выходного сигнала и замыкает второй канал в ключе и мультиплексоре при высоком уровне этого выходного сигнала. Например, в исходном состоянии выходной сигнал формирователя низкий. Сигнал от первого источника сигнала поступает через ключ на УВХ, далее на АЦП и преобразуется в цифровой код. Этот цифровой код через мультиплексор поступает в первый регистр. По окончании времени, отпущенного на преобразование, выходной сигнал формирователя становится сигналом высокого уровня, ключ и мультиплексор замыкают свои вторые каналы, поэтому на АЦП через ключ и УВХ поступает сигнал от второго источника сигнала, а результат преобразования поступает на второй регистр через мультиплексор. Для успешной работы УВХ необходимы импульсы, управляющие его режимами, которые также может формировать формирователь импульсов.

Рис. 10.2. Упрощенная схема многоканального АЦП с коммутацией с единственным УВХ (на примере двух каналов).

Эта схема интуитивно понятна и видится достаточно лаконичной, поэтому она достаточно распространена. Действительно, многие разработчики считают, что УВХ необходимо именно для успешной работы АЦП, т. е. для того, чтобы входной сигнал АЦП не изменялся за время его преобразования. Это ошибочное представление уходит корнями к технике АЦП поразрядного уравновешивания, которые работают по алгоритму, подобному алгоритму взвешивания с помощью гирь. И хотя успешная работа АЦП поразрядного уравновешивания действительно требует, чтобы входной сигнал не изменялся, ошибочно решать эту задачу с помощью УВХ на выходе ключа. Действительно, в этом случае одно и то же УВХ используется для хранения значений каждого из преобразуемых сигналов. Эти значения могут существенно отличаться друг от друга, поэтому УВХ каждый раз при подключении входит в режим перезаряда запоминающего конденсатора в большом (и непредсказуемом) интервале напряжений. Скорость этого процесса обратно пропорциональна оставшейся разнице между входным и выходным напряжением УВХ, т. е. заряд происходит по экспоненциальному закону. Если, например, за время т₀ конденсатор зарядится до половины требуемого значения, то за следующий такой же интервал т₀ он зарядится лишь на оставшуюся половину половины, т. е. на четверть. Иными словами, после t = т₀ остаток (ошибка) будет равен половине значения, после t = 2т₀ — четверти и т. д. Для 20-разрядного АЦП для завершения переходного процесса с погрешностью не более единицы младшего разряда длительность заряда УВХ должна составлять t = 20т₀. Таким образом, в схеме по рис. 10.2 небольшая экономия (один УВХ вместо двух) приводит к необходимости большой потери времени либо, если время заряда УВХ выбрано недостаточным, это приведет к большому росту погрешности.