Расчет параметров разрабатываемого АЦП (стр. 3 из 4)
Зададим коэффициент усиления усилителя DA8 равный 1.
, 
,тогда коэффициент усиления усилителя DA7 должен быть равным 2.
Типы и номиналы резисторов ПСЗ приведены в таблице 4.3.1.
Таблица 4.3.1.
Типы и номиналы резисторов ПСЗ
| Обозначение | Тип |
| R18 | C2-13 – 0.125 – 100КОм ±0,1% |
| R21 | C2-13 – 0.125 – 200КОм ±0,1% |
| R25, R22 | C2-13 – 0.125 – 100КОм ±0,1% |
| R23 | C2-13 – 0.125 – 91КОм ±0,1% |
| R24 | СП3-19А-0.5-10кОм  10%; |
4.4. Проектирование УВХ.
При обработке аналоговых сигналов, изменяющихся с частотой, соизмеримой или большей, чем скорость работы АЦП, из аналогового сигнала приходится делать выборки. Для этого некоторое значение сигнала в определенный моменты запоминается на время, необходимое для того, чтобы АЦП преобразовал его в двоичный код. Эту функцию выполняет устройство выборки и хранения аналогового сигнала – аналоговое запоминающее устройство. Таким образом, с помощью УВХ осуществляется дискретизация сигнала по времени.
Установка устройства выборки хранения на вход АЦП будет сохранять отсчет постоянным в течении всего времени преобразования и поможет избежать апертурной погрешности.
Принципиальная схема блока УВХ приведена на рисунке 4.4.1.
Рисунок 4.4.1. Принципиальная схема блока УВХ.
В качестве УВХ используется микросхема SHC804.
Для того, чтобы в каждый момент времени на выходе УВХ было запомненное напряжение в данном проекте используется двухтактная схема УВХ.
Устройства выборки-хранения переключаются с частотой вдвое меньшей, чем частота дискретизации. В то время, как одна микросхема УВХ находится в режиме слежения, другая – в режиме запоминания. Ключ DA11 обеспечивает подключение к шине УВХ, находящегося в режиме запоминания.
Устройство выборки хранения находится в режиме слежения в течение 1 мкс.
4.5. Проектирование устройства сравнения.
Устройство сравнения предназначено для определения знака входного сигнала, а также для сравнения сигнала с УВХ с сигналом, снимаемым с ЦАП, и выдачи результата сравнения на регистр последовательных приближений.
Устройство сравнения представляет собой сдвоенный компаратор. Принципиальная схема устройства сравнения приведена на рисунке 4.5.1.
Рисунок 4.5.1. Принципиальная схема устройства сравнения.
В качестве сравнивающего элемента в схеме используется компаратор MAX962.
Компаратор А используется как определитель знака, а компаратор В – для сравнения входного напряжения с выходным напряжением ЦАП.
4.6. Проектирование блока ЦАП.
В данной работе применяется 12-и разрядный ЦАП фирмы Analоg Devices AD568 c токовым выходом и встроенным источником опорного напряжения. Максимальный выходной ток – 10.24 мА, время преобразования – 35 нс. Микросхема включена следующим образом: младший разряд D11 не используется.
Сигнал с ЦАП'а сравнивается компаратором с напряжением, поступающим с УВХ.
Схема включения ЦАП приведена на рисунке 4.6.1.
Рисунок 4.6.1. Схема включения ЦАП.
Нужно обеспечить шаг квантования сигнала h=1,5 мВ, при числе разрядов n=11.
Максимальный выходной ток ЦАП Iвых=10,24 мА.
Данная схема включения AD568 является стандартной схемой включения данного ЦАП с выходом по напряжению, и приведена в документации. Максимальное выходное напряжение каскада на усилителе DA6 составляет +10,24 В. Основной предел измерения проектируемого АЦП составляет +3В. Так как фильтр низких частот обеспечивает коэффициент усиления равный двум, то максимальное напряжение на выходе блока ЦАП должно составлять +6В. Для преобразования максимального выходного напряжения каскада на ОУ DA6 в напряжение +6В используется резистивный делитель напряжения, спроектированный на резисторах R16, R17, R26.
Коэффициент деления равен:
Коэффициент деления через параметры резистивного деления можно выразить следующим образом:
Типы и номиналы элементов схемы включения ЦАП приведены в таблице 4.6.1.
Таблица 4.6.1.
Типы и номиналы элементов схемы включения ЦАП
| Обозначение | Тип |
| С12, C13 | К10-43 – 50В – 100пФ ±5% |
| R15, R14 | C2-13 – 0.125 – 100КОм ±5% |
| R19 | C2-13 – 0.125 – 111Ом ±0,1% |
| R20 | СП3-19А-0.5-15кОм  10%; |
| R16 | C2-13 – 0.125 – 7.06КОм ±0,1% |
| R17 | C2-13 – 0.125 – 7.5КОм ±0,1% |
| R26 | СП3-19А-0.5-4.7кОм 10%; |
4.7. Проектирование схемы тактирования АЦП.
Схема тактирования предназначена для подачи тактовых импульсов, а также для подачи стартового импульса на регистр последовательных приближений. Схема также обеспечивает сброс значений при включении АЦП.
Таким образом, схема тактирования состоит из:
· генератора тактовых импульсов, который вырабатывает тактовые частоты для РПП и УВХ.
· Схемы сброса, производящей сброс системы при включении АЦП, при нажатии кнопки “Сброс”.
· Схемы задержки, вырабатывающей импульсы сброса.
Принципиальная схема генератора приведена на рисунке 4.7.1.
Рисунок 4.7.1 Принципиальная схема генератора.
Схема состоит из генератора частоты 50 МГц, построенного на логических элементах(DD2:1, DD2:2, DD3:3), переключателя на частоту внешнего генератора (SA2), делителя частоты, построенного на цифровых счетчиках КР1533ИЕ2 (DD5, DD6). Делитель частоты вырабатывает следующие частоты:
· 25 МГц – для тактирования РПП
· 1 МГц – для сброса РПП в начале цикла преобразования
· 500 Гц – для переключения режимов микросхем УВХ (DA9, DA10).
Для запуска АЦП на вход S (старт) регистра последовательных приближений DD9 необходимо подать сигнал низкого уровня длительностью не менее 2-х периодов тактовой частоты (25 МГц), т.е. не менее 80 нс. Этот импульс формируется за счёт формирователя импульса по переднему фронту сигнала, построенного на микросхемах DD3, DD7, DD8 КР155ЛА3. Задержка переключения этих микросхем из состояния лог.“1” в “0” составляет 15 нс, а из состояния “0” в “1” – 22нс. Таким образом, общая длительность сформированного импульса составит
22+15+22+15+22=96 нс,
что вполне достаточно для запуска РПП. Таким образом, в начале каждого цикла преобразования будет формироваться импульс длительностью 96 нс и периодом повторения 1000 нс, запускающий РПП.
Принципиальная схема блока задержки приведена на рисунке 4.7.2.
Рисунок 4.7.2. Принципиальная схема задержки.
Принципиальная схема блока сброса приведена на рисунке 4.7.3.
Рисунок 4.7.3 Принципиальная схема блока сброса.
Схема ручного запуска РПП построена на микросхеме одновибратора КР155АГ1. Он настроен таким образом, что при нажатии кнопки SA1 на его выходе формируется импульс высокого уровня, по длительности равный времени дискретизации, т.е. 1000 нс, который обеспечит прохождение стартового импульса через ключ DD8:3.
В статическом режиме на входах А1, А2, В микросхемы 155АГ1 присутствует высокий уровень. В этой ситуации вывод Q определен низким уровнем логического сигнала. В момент коммутации ключа SA1 происходит перепад логических сигналов на входах А1 и А2. Цепь питания на +5В замыкается через сопротивление R1. В момент данного перепада происходит запуск одновибратора и на выходе Q выставится импульс высокого уровня, длительностью, определенной RC – цепочкой С1, R2. В статическом режиме работы при замкнутом ключе SA1 на выходе Q будет также присутствовать сигнал низкого уровня.
Длительность импульса, выдаваемого одновибратором определяется из параметров C1 и R2 следующим выражением:
В данном случае необходимо получить импульс длительностью 1 мкс. Выберем емкость С1 номиналом 1000 пФ. Тогда R2 можно определить из выражения:
Ком.При включении питания АЦП на выходах счетчиков DD4 и DD5 могут присутствовать случайные значения, следовательно, эти счетчики необходимо сбросить. Сигнал сброса счетчиков формируется RC-цепочкой C5, R8. Время импульса определяется параметрами RC, а также временами задержки блоков микросхемы DD2.3 и DD3.1. Они необходимы для увеличения крутизны фронтов импульса. Время их задержки составит 37нс.
Выберем постоянную времени RC-цепочки – 70 нс. Примем С5 за 100пФ и рассчитаем значение R8.
Типы и номиналы пассивных элементов схемы запуска АЦП приведены в таблице 4.7.1.
Таблица 4.7.1.