Автоматическая коррекция нуля. Преобразование биполярных входных сигналов
Как следует из (10), статическая точность АЦП багатотактного интегрирования определяется только точностью источника опорного напряжения и смещением нуля интегратора и компаратора, которые суммируются с опорной апругою. Смещение нуля можно устранить автоматической компенсацией. Для этого в цикл преобразования вводят дополнительную стадию установки нуля (рис. 11), во время которой интегратор отключается от источников сигналов и вместе с компаратор охватывается глубокой отрицательной обратной связью, как это показано на рис 13. Здесь как компаратор используется ОП. Между интегратором и входом АЦП включен неинвертуючий повторитель как буферный усилитель Б.
Рис.13 АЦП двухтактного интегрирования с автоматической компенсацией смещения нуля
В фазе автоматической компенсации нуля ключи S 1, S 3, S 5 разомкнутые, а ключи S 2, S 4, S 6, S 7 - замкнутые. Поэтому интегратор, компаратор и буферный усилитель образуют повторитель напряжения, выходное напряжение которого U к подается на конденсатор автоматической компенсации С ак Входное напряжение буферного усилителя равна нулю, а выходное - его смещения нуля U 0б После окончания переходных процессов на конденсаторе С ак установится напряжение, которое равна U 0б + U 0та, где U 0та - смещение нуля интегратора. Одновременно конденсатор С оп заряжается от источника опорного напряжения
На стадии интегрирования входного напряжения ключи S 4 и S 7 размыкаются, а S 1 - замыкается. Потому что на это время напряжение на конденсаторе Сак запоминается, смещение нуля в течение фазы интегрирования компенсируется. При этом дрейф нуля определяется только кратковременной нестабильностью, которая очень мала. То же сохраняется на стадии отсчета
Поскольку в контуре компенсации смещения нуля последовательно включен два усилителя, то легко могут возникнуть автоколебания. Для стабилизации последовательно с ключом S 7 следует включить резистор.
После окончания фазы интегрирования схема управления анализирует выходное напряжение компаратора. Если среднее значение входного напряжения положительное, то на выходе компаратора устанавливается напряжение высокого уровня. В этом случае одновременно с размыканием ключа S 1 замыкаются ключи S 4 и S 5, подключая ко входу буферного усилителя конденсатор С оп с сохраненной на нем опорным напряжением, причем так, что это напряжение имеет полярность, которая противоположна полярности источника опорного напряжения. Если среднее значение входного напряжения негативное, то на выходе компаратора устанавливается напряжение низкого уровня. Тогда замыкаются ключи S 3 и S 6, подключая ко входу буферного усилителя опорный конденсатор другими полюсами. В обоих случаях в стадии отсчета происходит изменение напряжения интегратора U и (t) в направлении, противоположный тому, который имел место в стадии интегрирования. Одновременно схема управления формирует код з
ака. Таким образом, в простейшем случае исходный код АЦП представляет собой прямой код со знаком
Интегральные АЦП багатотактного интегрирования изготавливаются в виде полупроводниковых ИМС. Можно различить две главные группы:
- схемы с параллельным или последовательным выходом для сопряжения с микропроцессорами (например, ICL7109, исходное слово которого включает 12 бит плюс знак в параллельном 14-ти или 8-ми разрядном коде, или 18-разрядный плюс знак МАХ132 с последовательным интерфейсом);
- схемы с двоичными-десятичными счетчиками с дешифратора для управления семисегментный индикаторами, в том числе мультиплексированных. Такие АЦП применяются как основа для цифровых вольтметров. Примерами могут служить ICL7106 (отечественный аналог - 572ПВ5) с диапазоном + / -2000 отсчетов или ICL7135 (отечественный аналог - 572ПВ6) с диапазоном + / -40000 отсчетов.
