Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 56
Текст из файла (страница 56)
26.9 б. К концу интервала Тв напряжение на выходе интегратора будет равно ,,(т)=Ус) „,а=йТси„„ (2 6) гдето '=И,С, -- постоянная времени интегратора, (У„, — среднее значение входного напряжения: тт'„=Тв";и„.„й. с Во втором такте происходит разряд интегратора. При этом в зависимосщ от требуемой полярности источника опорного напряжения замыкается один из ключей 52 или ЯЗ. Разряд интегратора происходит с постоянной скоростью, которая не зависит от накопленного в интеграторе заряда, поэтому с увеличением лаКопт ленного заряда время разряда также увеличивается. Конец разряда интегратора ..'',"::;::( фиксируется компаратором К, после чего ключ 52 (или оЗ) размыкается. Лекция 26.
Аналого-ли одне преобразователи а) + (У„, Исгсчиик сссрисгс иапряжсиия — Ус сд а сн 6) и~( Тс) и / Пуск Остаисяка счстчика- с ~ст гика — ( — — + Вь с с, Аг Заряд Раздрая Ксррскдия июсгратсра иитсгратс- иуяя (замкиу(замкиут сП ра (замк- ~ы Ю4 и с5) иут Я2 иди бз) ,' с Рис.збв. Птруктуриая схема АЦП даухтаюисгс иитсгрирсякиия (а) и графики дрсиесса ирссбразояаиия (б) Поскольку начало разряда определяет схема управления, а конец --- компара:",;тор,.то длительность разряда интегратора можно определить по формуле: и;(Тс) К ~~0,ймО, ИТсб„=ге(гм Т, или Т, = г — У„„.
(26.7) нто свидетельствует, о пропорциональности интервала Т, среднему значению Входного напряжения су„х. Заполнение интервала Т„счетными импульсами„поетулающньти от схемы управления, позволяет найти числовой код Аг,.= Т„,Ум Раздел 6 Аналого-ци овые и вкциоиельиыс устройства К досгоинствам интегрирующих АЦП следует отнести их высокую помехозащищенность. Если на входной сигнал наложена гармоническая помеха, то при равенстве периода помехи времени заркла интегратора Те= Т, среднее значение помехи к концу интервала интегрирования будет равно нулю, как показано штриховой лилией на рис. 26.9 6.
Случайные помехи и шумы также ослабляются интегрированием, хотя и в меньшей степени. На третьем этапе производится коррекция нулевого уровня интегратора. Для этого замыкаются ключи 54 и 55, а остальные ключи размыкаются. Так как вход интегратора через сопротивление Я, соединен с общей шиной„то конденсатор С, через замкнутый ключ о5 заряжается до напряжения ошибки, которое после размыкания ключей 54 и 55 вычитается из входного сигнала. К недостаткам таких интегрирующих АЦП относится прежде всего сравнительно невысокое быстродействие. Кроме этого, при перегрузке АЦП болыпим входным сигналом происходит перезаряд интегрирующего конденсатора Сь поэтому после снятия перегрузки в течение нескольких циклов АЦП будет работать с большой погрешностью.
Другим типом интегрирующих АЦП являуотся АЦП с частотно-имлульслеые преобдазовьушсм.„принцип работы которых основан па предварительном преобразовании входного напряжения в пропорциональную ему частоту следования импульсов, которая затем измеряется за фиксированный интервал времени. После подсчета числа импульсов результат выдается в анде цифрового эквивалента входного напряжения. Структурная схема АЦП с частотно-импульсным преобразованием приведена па рис. 2б.10 а.
Основным звеном в этой схеме является преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ). При помощи ПНЧ входное напряжение преобразуется в частоту импульсов, при этом у=уев„,. Число импульсов, подсчитанных счетчиком за выбранный интервал времени Т„, определяется формулой 77„=1„~а='' е а=~ Т„й.„, е е где и„„= Т;,')„и„е7г -- среднее значение напряжения на интервале 7;,. б) и, кола О и, О О Рве. Зб Ю Структурная схема АЦП с честотво-вмвувьсвым вреоорезовзввем 1я) в трефвкв;)1 процесса ~~реобрвзовяввя 16) ) 236 Лскиия2б Аналого-ци ровне нреоб азоватолн Графики процесса преобразования АЦП с частотно-импульсным преобразо- ванием приведены на рис. 26.10 6.
Преобразователь напряжения в частоту может " быть построен на различных принципах, однако от его характеристики преобра;: зовапия зависят свойства АЦП. Погрешность ПНЧ практически полностью вхо!' дит в погрешность АЦП. В связи с этим наиболее часто в качестве ПНЧ в таких ) АЦП используется преобразователь с импульсной обратной связью, схема кото, рого приведена ца рис.
26.11 а. Графики работы АЦП приведены на рнс. 26.11 6. ПНЧ с импульсной обратной связью состоит из входного повторителя напря::, кения, интегратора и компаратора, управляющего генератором импульсов в цепи ,. обратной связи интегратора. Заряд конденсатора С, интегратора осуществляется :;::,' входным напряжением сг',„„а разряд производится импульсом с постоянной вольт- ~,'" секундной площадью. Если входное напряжение имеет отрицательную поляр- ность, то импульсы |еператора должны быть положительными и наоборот. Мож!" но показать, что частота импульсов прямо пропорциональна входному напряже!:.' аи1о.
Напряжение на выходе интегратора линейно растет, до тех пор пока не ', сравняетгя с опорным напряжением бг„, на прямом входе компаратора К: г г )с ).вр 1 и„я=-,.', а=- ~1-я'-' 1г=„-,-имт, "и 'О !О ~ ! ! м '" откуда у=т-'= --",б ', где г=1уя„/Ям а сумС,6г,„— накопленпьш заряд. В последнее время в связи широким применением АЦП в различных системах ,; сбора и обработки информации появились новые типы преобразователей с улуч- '.шенными харак1еристиками. К их числу относятся; АЦП с сигма-дельта модуля: 'тором, АЦП быстрого интегрирования и конвейерные АЦП. Структурная схема АЦП с сигма-дельта лОодултвнороля приведена на рис.
26.12 .„' По сути, 1то название отражает два процесса: интегрирование за малое время и . сложение результатов интегрирования. Выходным сигналом такого модулятора б) и, и.„ в втор Вывел,~„ Ряс.зб,)). Структурная схема яреобравователя нанряжсння в яасгату с нмнулвснон обратной свявьОО Га) н ~рафвкя его работы (б) Раздел й Аналого-лн оные н ункцнональные устрой<чва Си<ма лель<а модулятор (с«у) Диффере<нв<- 'лья«й Вход ! од хола Рвс тб <Х Цтрухсуряая схема АЦП с си<ма-вельо< м<н<уяя<ором явгяется частота импульсов.
Схема такого АЦП во многом совпадае< с АЦП с частотно-импульсной обратной связью. В этом АЦП также производится компенсация заряда, накопленного в ьнп'е раторе, а вместо импульсного генератора используегся одноразрялный ЦАП с компаратором на входе, Струьтурпая схема г!х(П быстрого нллз<зриР<жгв<из< (рис. 26.13 а) представляет собой интегрирующий АЦП с время-импульсным преобразованием, в котором разряд интегратора выполняется ускоренным образом: вначале до некоторого значения Е выходного напряжения от болыного напряжения разряда Ц,„(при замыкании ключа о2), а затем от малого (уа„!<з/(А<+ В,) !при замыкании ключа ЬЗ).
Такой процесс разряда похож на работу скоростного лифта. Между этажами оц движется быстро. а прн подходе к остановке резко замедляег скорость. В таких АЦП сокрншается время разряда интегратора и увеличивается то шосгь компарировапия в конце разряда. Структурная схема конвейерного г!ЦП приведена на рис. 2б.14.
Этот АЦП представляет собой сзруктуру, подобную параллельно-последовательному АЦП„ но с увеличенным числом каскадов. Для хранения мгновенных значений напряжения в каждом каскаде использую<ей устройства выборки и хранения информации УВХ1., УВХЗ. Вычитающие устройства ВУ! ...ВУЗ образуют разность напряжений, подлежащую преобразованизо в следующем каскаде. Все АЦП1... АЦП4 параллельные и имеют небольшое число разрядов (обы и<о не больше четырех). Интегральные микросхемы АЦП.
В последнее время многие фирмы оргаап:<овали производство серийных интегральных микросхем АЦП, основанных на различных принципах и предназначенных для работы в устройствах сопряженна дат <иков аналоговых сигналов с ЭВМ и микропропессорами. в ра.<личных измерительнь<х устронствах, мультиметрах, в медицинской аппаратуре, цифровых термоме<рах и др. Наиболее крупными производителями АЦП в России являются заводы «Микронв и нСапфиргл а за рубе ком — - компании Апа!оя )Зеу<сез <США)„ М!ого роууег (США), РЫ!!рз, Махни, Яопу и др.
Лелци71 26. Апаттстс-Лвфраамо П СО6 аЗОВ Гтстти гЛ коЛа и! 1 и;(То): Е то 7, т, Рно. 76.!3 Сгруктуркяя гхслгя АЦП быстрого оняс~рнровяння 1гб н грн!лгк рктряля ннгсграторя йб Перечисленными фирмами и мпо1.пми другими выпускается таг. много раз':: личных микросхем АЦП, что трудно лаже произвести их сравнение, тем более что ;..:.-'многие фирмы испг7льзутот собственную классификаци1о и приводят ряд пестапк:;ларт15ых характеристик. Тем не менее некоторые выводы из рассмотрения выпускаемых АЦП можно сделать '.
Прежде всег-о можно отметить, что резко увеличилась разрешающая способ:,,: ность ЛЦП. Ряд фирм выпускает АЦП с разрешением до 24 двоичных разрядов (т.с !7!6777216). Однако наиболее распространенными являются АЦП с разряд;- ;;: ':,йостью 8, ! О. ! 2 и ! 6 разрядов. Повысилось быстродействие серийных микросхем АЦП. Е!штажснгт произвол. ;':ство АЦП с максимальной частотой преобразования 20...60МГц Такие АЦП -;.:,,используются при преобразовании видеосигналов в цифровую форму в цифровых :,;:-телевизорах, видеомалштофонах, видеомониторах и других устройствах.
Одно- ',временно велось снижение потребляемой мощности. Так, например, 10-разрядный '.::АгЦП АО376 фирмы Ала1оя Ветйсез при максимальной частоте преобразования 10 зяк 175 о х аа а а, Редел 6. Аналого-цифровые и функциональные устройства О о х С 2 е М а Ё о. са Леазрсис 26 Аналого-цифровыс преобразователи Таблица 26. 7 Основные характеристики АЦП мгновенных зггачспнй — — -- — — — — — — — .— и,.;„Г,-,—.~ —., 1 —, нввросасиы иринино лоно~вин рварвлов АР7570 !Последовательпого приблюкения (572ПВ!) 1с побайтным вводом!выводом 12 -'2 00 а4,00 1УО АР7574 Последовательного приближения.
1572ПВЗ) сопрягасмый с микропроцессором 8 АР677 ~Последователысого гсриблнжения 'с перераспределением зарядов 16 АР775 АР876,Многоступсннатый, конвейерный 10 ХО,Зз О, 0 10 20 АР7882 Последовательного приблюкеиия с персьлююемыми конденсаторами ~ 16 ь050 а050 25 04 АР7710 С сигма-дельта молулятором и уравповещнванием зарядов 0,0045 Тр 0,156 П07ПВЗ Парюслельноатв действия, быстролсйствуюнгий б К025 ' 8025 210' !00 1!07ПВ4 То жс 8 3!О' !00 ~ +1,00 +1,00 Таблияи 26.2 Основныс характеристики интегрирующих АЦП срмоноста рааовавив.
"Л с!исав ссапсв ра а рва Ососсннос и фтнаииоиированна ое интегрирование с автокомцс 3 8 е интегрирование с коррекцией ар ягора 4,5 ое интегрирование с режимом аннык 3,5 — +— 20МГц имеет потребляемую мощность всего 160 мВт и стоит около ! О долларов. ',:. Такой же по быстродействию параллельный АЦП К1!07ПВ2 при 8-ми разрядах пот!зебр!яет ок~л~ 3 Вз В таблицах 26.1 и 26.2 приведены основные характерно.ики некоторых типов АЦП мгновенньсх значе!гий и интегрирующих АЦП.
Раза п 6 Аналого-ли овмс н увхлнональные устройства Лекция 27. Цифра-аналоговые преобразователи Назначение н виды цифре-аналоговых преобразователей. Цифро-аналоговым преобразователем 1ЦАП) называется электронное устрсиство., предназначенное дчя преобразования цифровой информации в аналоговую Онн используются для формирования си;.нала в виде напряжения или тока, функционально связанного с управляюлгим кодом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
