33794 IMG�18 (2)

Prześledzimy sekwencję działań (pokazaną na rys 3.11 w funkcji czasu) składających się na proces równoważenia osiągany w układzie przetwornika a/c kompensacyjnego sekwencyjnego, którego schemat funkcyjny przedstawiono na rysunku 3 lOd Przyjmujemy, ze na rys 3 11 nominalny zakres napięciowy przetwornika reprezentuje linia £/„ Niech mierzonym napięciem będzie np. U,, stanowiące trochę więcej mZ 206 (binarnie 11001110) jednostek kwantyzacji q tego przetwornika (ale nie więcej mZ ^xhq), co znaczy oczywiście mniej mZ 207 (binarnie 11001111). W czasie równoważenia stałość i wartość tego napięcia ■lustruje linia U, równoległa do osi f. Przyjmujemy, ze oznaczenia (a,) kluczy przetwornika c/a są takie jak na schemacie przedstawionym na rys. 3 .8, z tym Ze tutaj rozpatrujemy przypadek jednobiegunowy i obwód z kluczem a? nie realizuje bitu znaku, lecz realizuje wartość najwyższej pozycji kodu binarnego naturalnego Oznacza to fizycznie, Ze obwód ze źródłem +(/ (w schemacie na rys 3 8) jest odłączony, a zakres napięciowy przetwornika c/a wynosi +U_m

Rys. 3.11. Sekwencja działań w procesie równoważenia przetwornika a/c kompensacyjnego na przykładzie przetwornika ośmiobitowego (unipolarnego) Wartość danej pozycji kodu wyniku rozstrzyga się wg reguły: gdy sign(£/,-(/„) “ signAU -+1, to a, - 1, gdy sign((/*-(/«») - signAU = —1, to a,*0

Impuls start uruchamia sekwencję sterowań W pierwszym kroku (takcie) porównywane jest napięcie (/, z napięciem U.« odpowiadającym najwyższej pozycji kodu binarnego (klucz a₇ obwodu zamknięty) Ponieważ różnica U,-U^>0 (włączone napięcie wzorcowe jest za małe), więc klucz a• przetwornika c/a pozostaje zamknięty na czas całej sekwencji, a do rejestru wyniku na tej pozycji kodu wpisywana jest jedynka. W następnym kroku zamykany jest klucz a*, a powstała na wyjściu przetwornika c/a suma napięć wynikających z zamkniętych a? i a_t porównywana jest z U, Ponieważ nadal U_x-Uj>0, więc układ sterowania na podstawie sygnału z detektora znaku pozostawia zamknięty również klucz a_t (do rejestru wyniku wpisywana jest jedynka na następnej, niższej pozycji kodu) W trzecim kroku włączany jest obwód z kluczem aj Ponieważ tym razem suma napięć odpowiadająca zamkniętym kluczom a₇. a* a, jest większa mZ U_x, więc U_x-U_m<0 (włączone napięcie wzorcowe jest za duże), więc układ sterowania otwiera klucz aj, odłącza ten składnik napięcia wzorcowego do końca realizacji sekwencji, a do rejestru wyniku na tej pozycji wpisywane jest zero. Według analogicznej reguły w kolejnych krokach działań układu sterowania do rejestru wpisywane są kolejno „0” dla a_t, „l”dla aj, „l"dla aj, „1” dla a,, i „0" dla a₀ W ten sposób powstał kod binarny wyniku pomiaru - 11001110.

Proces tworzenia wyniku składa się z tylu kroków, ile pozyqi binarnych wynosi rozdzielczość danego przetwornika a/c. Ostatni krok jest ostatnim krokiem sekwencji działań przetwornika, natomiast nie jest stwierdzeniem stanu pełnej kompensacji (j*k to ma miejsce - przynajmniej nominalnie - w kompensatorze analogowym) Przeciwnie, na końcu sekwencji porównań pozostaje określona niezgodność pomiędzy napięciem mierzonym i wzorcowym, która nominalnie jest mniejsza co do bezwzględnej wartości mz pół jednostki kwantyzacji .

Znane jest rozwiązanie¹, w którym resztę nieskompensowanego napięcia pozostałą z cyfrowego procesu kompensowania, po wzmocnieniu, poddaje się kompensacyjnemu mierzeniu w tym samym układzie sekwencyjnej kompensacji i dzięki temu powiększa się rozdzielczość przetwornika a/c nie zwiększając rozdzielczości zastosowanego przetwornika c/a Takie postępowanie może być powtarzane wielokrotnie i jest korzystnym sposobem zwiększenia dokładności wówczas, gdy konstruktorowi łatwiej będzie zapewnić dokładne wzmocnienie powstałej, nieskompensowanej reszty niż rozwiązać problem przy użyciu dokładnego przetwornika c/a o dużej rozdzielczości Oczywiście, postępowanie ma sens. jeżeli zastosowany przetwornik c/a o małej rozdzielczości i wzmacniacz zapewniają wystarczającą dokładność. Konstruktor może mieć jeszcze jedną korzyść: unika stosowania detektora znaku o małym progu pobudliwości, koniecznym w przetworniku kompensacyjnym sekwencyjnym o dużej rozdzielczości Oferowany handlowo przyrząd realizuje przedstawioną procedurę pięciokrotnie i zapewnia dokładność odpowiadającą dwudziestu bitom rozdzielczości. Takie osiągnięcie pośrednio potwierdza, że zbudowanie dokładnego wzmacniacza pomiarowego nie jest zadaniem trudniejszym niż zbudowanie przetwornika a/c kompensacyjnego sekwencyjnego o odpowiednio dużej rozdzielczości i takiej dokładności.

Na jeden krok sekwencyjnego kompensowania składa się: wygenerowanie w przetworniku c/a napięcia wzorcowego odpowiedniego dla danego kroku wg kodu wystawionego przez układ sterowania, porównanie napięć w detektorze, zadziałanie układu sterowania odpowiednio do sygnału z detektora, w wyniku czego składnik napięcia wzorcowego odpowiadającego danej pozycji binarnej jest dodawany lub me jest dodawany do napięcia nastawionego we wcześniejszych krokach i w ostatnim kroku wpisywana jest odpowiednio .jedynka” lub „zero” do rejestru wyniku Cała sekwencja - jak wcześniej stwierdziliśmy -musi zawierać takich kroków tyle, ile jest pozycji binarnych wyniku Przetwornik a/c kompensacyjny sekwencyjny z tego powodu nie może być szybki, szczególnie przetwornik o dużej rozdzielczości. Przetworniki kompensacyjne sekwencyjne o przeciętnej rozdzielczości 10 bitów mogą mieć przeciętny czas pomiaru około 1 do lOps, co oznacza możliwość powtarzania pomiarów z częstotliwością do 1 MHz Przetworniki działające na tej zasadzie, budowane o większej rozdzielczości 12 i 14 bitów, są jeszcze wolniejsze. Przetworników kompensacyjnych sekwencyjnych a/c o rozdzielczości 8 bitów lub mniejszej nie warto budować, bo mogą być bardziej konkurencyjne pod względem szybkości działania przetworniki realizujące procedurę kompensacji fleszowej^{2 3} (inaczej „kompensacji błyskowej".

117

1

'Zasada działania przetwornika (leszowego /('-bitowego jest następująca Buduje się obwód szeregowy 2 rezystorów o jednakowej wielkości, które tworzą 2* równych stopni dzielnika rczysiancyjncgo napięcia wzorcowego. Napięcie wzorcowe na lakim dzielniku jesl kwantowane 2" komparatorów połączonych jess pomiędzy węzły kolejnych stopni dzielnika a utworzony węzeł wspólny Napięcie mierzone łączone jest r węzłem wspólnym, a tym samym przeciwsobme poprzez komparatory równocześnie ze wszystkimi stopniami dzielnika Zależnie od wielkości napięcia mierzonego odpowiednia liczba komparatorów wysterowana

2

W naszym przykładzie sekwencyjnego równoważenia ostatnia pozycja kodu. która jcsl zerem, siałaby się jedynką, gdyby w ostatnim kroku różnica napięć AU była trochę większa niż '/_:q.

3

' Rozwiązanie (firmowy patent) nazywane jesl procedurą R². bo polega na recyrkulacji reszty (oba określenia - recyrkulacja, różnica - zaczynają się od R a więc R'J.