Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Если же записан 0, транзистор Т2 закрыт и тока ввыходной шине не будет.Стирание информации в РПЗУ такого типа производится ультрафиолетовым облучением кристалламикросхемы через окно в крышке корпуса. Количество циклов перепрограммирования около 100.Репрограммируемые ПЗУ способны сохранять заряд при отклю-ценном питании в течение 2 — 3 тыс. ч.Глава шестаяЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ6.1. ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИПод цифроаналоговыми преобразователями (ЦАП) понимают устройства, позволяющие осуществитьпереход от информации в цифровой форме к информации в аналоговой форме.
Эти преобразователи широкоиспользуют в системах цифровой обработки данных, в устройствах управления, для вывода информации изЭВМ и передачи ее на исполнительные устройства и т. п.В ЦАП входным сигналом является цифровой код в различных системах счисления, а выходным —соответствующее ему значение аналоговой величины в виде напряжения постоянного тока, временногоинтервала и т.
п. В ЦАП, построенных на микросхемах, в качестве входного сигнала чаще всего используютдвоичный позиционный код или построенный на его основе десятичный код. Выходным сигналом являетсянапряжение постоянного тока. Подобные ЦАП и будут рассмотрены далее.Цифроаналоговое преобразование состоит в суммировании эталонных значений напряжения,соответствующих разрядам входного кода, причем в суммировании будут участвовать только те эталоны, длякоторых в соответствующих разрядах стоит единица. Структурная схема ЦАП в общем виде показана на рис.6.1.
Для ЦАП выходное напряжение определяется следующим образом:где Uon — опорное (эталонное) значение напряжения; йь Ь2, ..., Ьп — коэффициенты двоичных разрядов,принимающие значения 0 или 1.Основными параметрами ЦАП являются:1. Разрешающая способность, определяемая количеством двоичных разрядов входного кода ихарактеризующаяся возможным количеством уровней аналогового сигнала.Рис. 6.1. Структурная схема ЦАП2. Точность, определяемая наибольшим значением отклонения аналогового сигнала от расчетного. Онаобычно выражается в виде половины уровня сигнала, соответствующего младшему значащему разряду (МЗР).Суммарная ошибки, вносимая элементами ЦАП, не должна превышать указанную погрешность квантования.3.
Нелинейность, характеризующаяся максимальным отклонением линейно-нарастающего выходногонапряжения от прямой линии, соединяющей точки нуля и максимального выходного CHI нала (обычно не выше+1/2 значения МЗР).4. Время преобразования (установления), определяемое интервалом времени от момента подачи цифровогосигнала до момента достижения выходным сигналом установившегося значения.Как правило, ЦАП содержит резистивную матрицу, с помощью которой формируются выходные сигналы,пропорциональные входному коду; набор токовых ключей, реализующих коэффициенты двоичных разрядов;выходной усилитель и источник опорного стабилизированного напряжения.
Кроме того, обычно в схему включают устройство, обеспечивающее согласование входа ЦАП с цифровыми микросхемами.Рассмотрим принципы построения основных узлов ЦАП.Резистивная матрица может иметь различную структуру. Один из ее вариантов (с весовыми резисторами)показан на рис. 6.2,а. Здесь каждому разряду соответствует свой разрядный ток I1, I2, ..., 1п. Эти токи задаются спомощью матрицы резисторов, сопротивления которых удваиваются при переходе от старшего разряда кмладшему. Основной недостаток рассмотренной структуры — широкий диапазон сопротивлений и их высокаятребуемая точность, особенно при большом числе разрядов входного кода.
Другой вариант резистивнойматрицы (с резистивной сеткой R — 2R), получивший широкое распространение, показан на рис. 6.2,6. Здесьиспользуются резисторы только двух номиналов. Формирование тока, соответствующего данному разряду, вэтой схеме осуществляется как за счет последовательных, так и параллельных цепей сопротивлений. Припереходе от старшего разряда к младшему ток изменяется в два раза (как и в схеме, показанной на рис. 6.2,а).Токовые ключи, предназначенные для коммутации элементов резистивной матрицы, должны иметь высокоебыстродействие и не вносить заметных погрешностей в разрядные токи.
Ключи для быстродеиствующих ЦАПстроятся обычно на биполярных транзисторах и диодах, для преобразователей среднего и низкого бьгтподействия широко применяются ключи на КМДП-транзнсторах характеризующихся малым потреблением энергии.Рис. 6.2. Резистивные матрицы:а — с весовыми резисторами; б — с резистивной сеткой R = 2RРис. 6.3.
Варианты полупроводниковых ключей:a - на биполярных транзисторах и диодах; б - на КМДП транзисторахОдин из вариантов ключа на биполярных полупроводниковых приборах показан на рис. б.З.а. Если нацифровой вход подан сиг нал 0, транзисторы Tit T2 и диод Д, закрыты и ток выходной шины течет черезоткрытый транзистор Та. При подаче на вход сигнала 1 транзисторы Тг, Т2 и диод Д, открываются, а диод Д2закрывается и отключает выходную шину. Транзистор T3 все время открыт по этому через резисторы матрицытечет постоянный ток Этим дости гается отсутствие отрицательного влияния на быстродействие по стоянныхвремени эмиттерных цепей и постоянных времени зависящих от сопротивлений матрицы.Вариант ключа на КМДП-транзисторах показан на оис 6.3,6 В этой схеме транзисторы Т, — Т3 служат длясогласования с микросхемами на входе ЦАП, транзисторы Г4 — Т7 используются для управления ключевымитранзисторами Т8 — Тв, которые подкчючают разрядные токи резистивной матрицы к одной из двух выходныхшин.
Через транзистор Т3 осуществляется положительная обратная связь для уменьшения временипереключения (до 500 не)Рис. 6.4. Восьмиразрядный преобразователь двоичного кода в ток 252ПА1Выходным усилителем обычно служит ОУ, который суммирует разрядные токи. Напряжение на выходе ОУпропорционально входному коду:где Roy — сопротивление обратной связи ОУ; N — входной код.Рассмотренные основные узлы ЦАП выпускаются отечественной промышленностью в виде отдельныхмикросхем и в комплекте Отдельные резистивные матрицы содержатся в микросхемах К228ПП1, К265ПП1-7разрядов, К252ПН1 - 10 разрядов К304ИД1, 3, 5-5, 7, 9 разрядов, 301НС1 — 10 разрядов и др.Рис.
6.5. Восьмиразрядный преобразователь двоичного кода в напряжениеКлючи в виде многоканальных коммутаторов содержатся в микросхемах: К190КТ1 (5 каналов), К190КТ2 (4канала) 240КШ (1 канал), 240КН2 (3 канала), 240КНЗ (4 канала), К252КТ1 (4 канала), К594КТ1 (4 канала) и др.В качестве усилителя можно использовать ОУ серий 140, 153, 240, 252 и др. Стабилизированные источникинапряжения содержатся в сериях 142, 240, 275 и т.
п.Отечественная промышленность выпускает микросхемы серии К252, которые можно использовать дляпостроения ЦАГГ К252ПА1 К252ПА2, К252ПАЗ, К252ПН1.Микросхема К252ПА1 — восьмиразрядный преобразователь двоичного кода в ток — содержитрезистивную матрицу с весовыми резисторами и ключи на биполярных транзисторах и диодах.
Схемапреобразователя показана на рис. 6.4. Входной код подается на выводы 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12. С выводов 17, 19,20, 21, 23, 24, 25, 27 снимаются разрядные токи. Их величина составляет от 2 5 (для первого разряда) до 0,019мА (для восьмого). Входное напряжение не менее 2,4 В. Относительная погрешность не более +0,4 %Микросхема К252ПА2 подобна микросхеме К252ПА1, но отличается полярностью выходного тока опорногоисточника напряжения и включением диодов.
Для того чтобы на базе указанных микросхем построитьпреобразователь код — напряжение, на выходе нужно подключить ОУ, как показано на рис. 6.5.Десятиразрядный преобразователь двоичного кода в ток можно построить на двух микросхемах —К252ПАЗ (рис. 6.6) и К252ПН1 (рис. 6.7). В первую входят резистивная матрица с весовыми резисторами идиодные ключи, во вторую — схемы управления ключами. Функциональная схема ЦАП на базе указанныхмикросхем приведена на рис. 6.8.
Относительная погрешность этого преобразователя не более ±0,1 %.Рис. 6.6. Резистивная матрица 252ПАЗРассмотренные преобразователи построены по гибридной технологии. В последние годы все большеевнимание уделяется ЦАП выполненным на базе полупроводниковой технологии с использованиемтонкопленочных резисторов на кристалле. Примером такого преобразователя является десятиразрядный ЦАП— микросхема К572ПА1А, содержащая матрицу резисторов и ключи на КМДП-транзисторах. Принципиальнаясхема преобразователя показана на рис.
6.9. В схеме использована матрица с резистивной сеткой R—2R срезисторами двух номиналов R1 — R9, R22=10 кОм±30 % R10 — R21 = 20 кОм±30 %. Параметрыпреобразователя: Eи п=15 В Uоп = 10,24 В, U'вх>2,4 В, U°Вх<0,8 В. По входам ЦАП согласоаан с ТТЛмикросхемами. Нелинейность не более +0,8 % от полной шкалы, время установления входного тока Tуст — 5мкс. Имеются разновидности этой микросхемы: К572ПА1Б, К572ПА1В, К572ПА1Г, имеющие соответственно9, 8 и 7 разрядов.Рис. 6.7.
Схема управления 252ПН1Схемы преобразователя код — напряжение, выполненные на базе микросхем К572ПА1А, показаны на рис.6.10. В первом случае (а) выходное напряжение однополярное, во втором (б) — двуполяр-ное. Значениявыходного напряжения в рассматриваемых схемах при различных входных кодах показаны в табл. 6.1.Опорное напряжение в обеих схемах может выбираться разной полярности. Это позволяет использоватьсхему на рис. 6.10,а как двухкаадрантный преобразователь, а схему на рис. 6.10,6 — как четы рехквадрантный.Таблица 6.1Входной кодСхема (рис.
6. 10, Схемаа)6.10,6)1111111111-Uоп(1-2-10)-Uоп(1-2-10)1000000001100000000001111111110000000001-U0п(1/2+2-10)— U0П /2-Uon (1/2-2-10)-Uон (2-l0)-Uон (2-l0)0+Uоп(2-10)+Uon(l-2-10)00000000000+Uоп(рис.Рис. 6.8- Десятиразрядный преобразователь двоичного кода в напряжениеРис. 6.9.
Десятиразрядный ЦАП К572ПА1АДругим примером ЦАП, выполненного на базе полупроводниковой технологии, служитдвенадцатиразрядный преобразователь К594ПА1, содержащий резистивную матрицу, биполярные токовыеключи и ОУ. Он имеет меньшее, чем у рассмотренного выше преобразователя время установления Густ = 3,5мкс.Перспективы развития ЦАП: уменьшение Густ до десятых долей микросекунд и менее в результатеповышения быстродействия ключей и уменьшения времени установки ОУ; повышение точностипреобразователя (до 0,05 — 0,003%) за счет улучшения качества резистивных матриц, ключей, стабильностиисточника опорного напряжения и увеличения разрядности преобразователя (до 14 — 16).Рис. 6.10.
Варианты построения преобразователей двоичного кода в напряжение на баземикросхем К572ПА1А.а — двухквадрантный преобразователь; б — четырехквадрантный преобразователь6.2. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИПод аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) понимают устройства, позволяющие осуществитьпереход от информации в аналоговой форме к информации в цифровой форме. Эти преобразователи широкоиспользуют для ввода в ЭВМ аналоговых данных, при цифровом измерении аналоговых сигналов, для переходак цифровым сигналам в цепях автоматического регулирования и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
