Гл2_06 (1031609), страница 12
Текст из файла (страница 12)
В начале преобразования ключ (рис. 2.48) на МОП транзисторе на короткое время (несколько десятков наносекунд) замыкается, конденсатор С заряжается до Ain и затем хранит заряд, посколькувходное сопротивление усилителя ячейки Т/Н велико. Запомнив таким образом в началепреобразуемую величину, мы в процессе преобразования удерживаем ее неизменной, гарантируя сходимость процесса.Об окончании преобразования нам сообщает сигнал Ready (готово), который в начале преобразования устанавливается в нуль, а в конце вновь восстанавливается в единицу. Теперь содержимое РПП равно коду преобразуемой величины и его можно считать,используя сигнал чтения (RD`), по которому выходы регистра переводятся из высокоимпедансного состояния в активное.Достаточно малое время преобразования (единицы микросекунд), удобное сопряжение с микропроцессорами, высокая точность и разрядность наряду с относительнойдешевизной обуславливают наибольшее применение в современных САУ АЦП поразрядного взвешивания.Друг от друга они отличаются рядом особенностей, во первых – разрядностью (от8-и до 24 разрядов).
АЦП, как и ЦАП бывают с параллельным и последовательным вводом информации, причем, многоразрядные АЦП обычно делают с последовательным вводом. Последовательный канал для ввода преобразуемого числа также выполняют по разному, это синхронная или асинхронная радиальная линия, например, RS-232, либо магистральная линия, чаще всего используют линию I2C. Канал I2C описан в приложении кчасти 1 и Вы можете ознакомиться с его возможностями.Различаются АЦП и быстродействием, т.е.
временем преобразования (от единицдо нескольких десятков микросекунд.Некоторые АЦП имеют встроенный источник опорного напряжения Uref, его наличие заметно облегчает использование ИС, тем более, он бывает должным образом согласован с точностью и разрядностью преобразования.Помимо потенциального входа, отдельные АЦП имеют токовый вход, это частобывает удобно, особенно при передаче на большие расстояния, т.к.
токовый сигнал лучшезащищен от помех.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru93ЦАП АПомимо основного режима, режима преобразования, ИС АЦП часто имеют дополнительные режимы тестирования, с ними можно ознакомиться по технической документации на конкретную ИС.В качестве типового616примерарассмотрим проT/HVAINSSстой восьмиразрядный АЦПпоразрядного взвешивания1815ОпорноеМАХ 165 со встроеннымVDDAGNDнапряжениеисточником опорного на391,23ВREFoutDGND пряжения и параллельнымвыводом информации, вы17пускаемый фирмой Maxim.REFinВремя преобразования соРегистр5 Тактовыйпоследовательныхставляет5 мкс. ИС имеетCLK генераторприближений18-и выводной пластмассовый корпус, ее функцио14Триста1D0 нальная схема представленаCS... на рис.
2.49.бильныеУправляюшая2выходныеRDD7логикаОснову схемы со47защелкиставляетрегистр последоваBUSYтельных приближений, подРис. 2.49ключенный к цифроаналоговому преобразователю, аппаратно реализующий алгоритм последовательных приближений.Цифроаналоговый преобразователь схемы имеет вывод опорного напряжения, предназначенный для подачи его на резистивную матрицу R-2R. Для преобразования можно использоватьи встроенный термокомпенсированный источник опорного напряжения, вывод которого REFout следует снаружи соединить с REFin.
Можно проводить преобразование как униполярных сигналов, так и биполярных сигналов. Для этого на вывод Vss следует подать отрицательное напряжение питания.Схема имеет встроенный тактовый генератор с входом CLK. На этот вход можно подавать внешние тактирующие импульсы, либо подключить его к внешней RC-цепочке с рекомендуемыми в технической документации на схему параметрами.
При этом будет обеспечено тактирование процесса преобразования.Микросхема активизируется низким уровнем сигнала выбор кристалла CS`. Высокийуровень на этом выводе не прекращает процесс преобразования, если он уже был начат. Преобразование запускается сигналом чтения RD`, поданным на соответствующий вывод. Приэтом открываются тристабильные защелки, результаты прошлого преобразования появляются на выводах D0…D7 и могут быть считаны микропроцессором с шины данных. Как толькопреобразование начато, вывод BUSY (занят) переводится в активный низкий уровень до конца преобразования. Фронт сигнала на этом выводе говорит о том, что преобразование окончено, его результаты могут быть считаны. При считывании запускается новое преобразование.Интегрирующие АЦП содержат интегратор, генератор и счетчик импульсов и компаратор, сравнивающий значение преобразуемого напряжения Ain с выходом интегратора.
Приполучении сигнала на начало преобразования обнуляются интегратор и счетчик. Интеграторначинает интегрировать сигнал опорного напряжения, а счетчик ведет счет импульсов генератора до тех пор, пока выход интегратора не превзойдет значение сигнала Ain.Полученный результат существенно зависит от долговременной стабильности генератора, поэтому в настоящее время используют в основном метод двойного интегрирования,идея которого показана на рис. 2.50.Рябов Владимир Тимофеевич.
Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru94UStartC-UrefD_AinRKAin>RГИain2CTCain1No&D_Ain1ЧислоимпульсовND_Ain2Рис. 2.50Импульсный сигнал Start обнуляет интегратор, снимая заряд с интегрирующегоконденсатора С и сбрасывает счетчик. Входной сигнал Ain интегрируется в течении заранее определенного числа импульсов задающего генератора N0. По сути, это предельноезначение, до которого может считать счетчик СТ. При этом угол наклона сигнала интегратора ain пропорционален преобразуемому сигналу Ain. Как только счетчик переполнится иначнет считать с нуля, к входу интегратора подключается источник опорного напряженияUref обратной полярности по отношению к Ain, поэтому интегратор работает в другуюсторону.
Начинается отсчет числа импульсов генератора до тех пор, пока выходной сигнал интегратора не обнулится. Содержимое счетчика – есть двенадцатиразрядный эквивалент входного сигнала Ain.Докажем это. Сигнал UAin, который получится при прямом цикле интегрированияизмеряемого сигнала Ain составит:U Ain = K * Ain * N 0 * τ ,здесь К – коэффициент пропорциональности, определяемый сопротивлением на входе иемкостью интегратора, N0 – предел счета счетчика, определяемый его разрядностью (еслисчетчик двенадцатиразрядный – это 4095), τ – период частоты тактового генератора.Напряжение на выходе интегратора при втором цикле интегрирования будет равно:UUref = K * U ref * N AIN * τ .где NAin – новый отсчет счетчика в цикле интегрирования. Знак минус учитывает, что напряжение Uref отрицательно.
Сумма напряжений интегрирования в первом и втором циклеравно нулю, поскольку интегрирование во втором цикле идет до нулевого значения. Поэтому:K * Ain * N 0 * τ = K * U ref * N AIN * τ .Выражая число в счетчике при втором цикле интегрирования NAin, получим:AN AIN = in * N 0 .U refТаким образом, число в счетчике на втором цикле интегрирования показывает,сколько дискрет (Uref / N0) укладывается в контролируемом напряжении Ain.
Причем результат не зависит от параметров интегратора и периода тактового генератора, если допустить, что они неизменны в первом и второмциклах интегрирования, что приемлемо,поскольку эти циклы идут один за другим за время гораздо меньшее секунды. Так что долговременной стабильности генератора при методе двойного интегрирования не требуется.Время преобразования ЦАП двойного интегрирования составляет уже десяткимиллисекунд, они широко используются в настоящее время в различных тестерах, индикаторах и других приборах, где быстродействие некритично. Такие ИС АЦП недороги ичасто снабжены светодиодным или жидкокристаллическим индикатором.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.
Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru95Дельта-сигма преобразователи относятся к классу интегрирующих и по принципу действия и параметрам сходны с АЦП двойного интегрирования. Здесь интегратор втечение времени, определяемого разрядностью счетчика, интегрирует то разность входного сигнала Ain и опорного напряжения Uref , то только входной сигнал так, чтобы на выходе интегратора был сигнал, близкий к нулю. Разностный сигнал ведет выход интегратора в одну сторону, сигнал Ain в другую. Причем, в выходном счетчике импульсы считаются лишь в те моменты времени, когда суммируется разность Ain и Uref . Код, накопившийся за время преобразования в выходном счетчике, и будет представлять цифровой эквивалент аналогового сигнала.
Чем большее время считается разностный сигнал, темближе преобразуемый сигнал к опорному напряжению.Нишу, где требования к времени преобразования не критичны, заняли сейчас в основном интегрирующие преобразователи (двойного интегрирования и дельта-сигма преобразователи).В завершение раздела о схемах аналогово-цифровой обработки информации, приведем классификацию аналогово-цифровых преобразователей (рис. 2.51).АЦПСвербыстрые t<1mks(параллельные)Быстрые t<100mks(поразрядные)Одноканальные Многоканальные ОдноканальныеС опорнымисточникомБез опорногоисточникаС параллельным выводомТиповая разрядность - 8 битМедленные t<10ms(интегрирующие)МногоканальныеС ЖК-дисплеемС опорнымисточникомБез опорногоисточникаС СД-дисплеемС паралл.выводом8-16 битС послед.выводом12-22 битaС последовательнымМП интерфейсомРис.
2. 51. Классификация аналого-цифровых преобразователей.Вопросы к экзамену.1. Средства цифроаналоговой обработки информации. Аналоговые ключи и коммутаторы.2. Цифроаналоговые преобразователи. Схемотехническое построение.3. Классификация и обзор аналогово-цифровых преобразователей.4. АЦП параллельного действия и поразрядного взвешивания.5. Медленные интегрирующие АЦП, АЦП двойного интегрирования, дельта-сигмапреобразователи.***Дополнительная литература к гл.
22. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах. Т. 1. Пер. с англ.-4-еизд. перераб. и доп.-М.: Мир, 1993.-413с., ил.3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах. Т. 2. Пер. с англ.-4-еизд. перераб. и доп.-М.: Мир, 1993.-371с., ил.4. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах. Т. 3. Пер. с англ.-4-еизд. перераб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
