Расчет параметров разрабатываемого АЦП (стр. 4 из 4)
Типы и номиналы пассивных элементов схемы запуска АЦП.
| Обозначение | Тип |
| С1 | К10-43 – 50В – 1нФ ±5% |
| C4..C5 | К10-43 – 50В – 100пФ ±5% |
| R2 | C2-13 – 0.125 – 1.47КОм ±5% |
| R1 | C2-13 – 0.125 – 10КОм ±5% |
| R7..R8 | C2-13 – 0.125 – 715Ом ±5% |
4.8. Проектирование блока РПП.
В данной схеме используется импортный аналог регистра последовательных приближений К155ИР17 - микросхему фирмы AMD – АМ2504, которая работает на частоте 25 МГц и предназначена для построения 12-разрядных АЦП.
Алгоритм работы РПП следующий: на вход С (вывод 13) подаётся тактовая частота 25МГц, при подаче на вход SТ (вывод 14) импульса низкого уровня, длительностью не менее двух периодов тактовой частоты (не менее 80 нс.) происходит сброс данных на выходе РПП (выходы Q0..Q11) в нуль за первый период тактовой частоты и выставление “единицы” в старшем разряде РПП Q11. Вход DI (вывод 11) служит для принятия последовательного цифрового слова. На этот вход будут поступать нули и единицы, являющиеся результатами поразрядного взвешивания. При положительных перепадах на тактовом входе С данные заполняют ячейки Q0..Q11 и транслируются в последовательном коде с выхода DO (вывод 2). По завершению преобразования на выходе QSS (вывод 3) появляется напряжение низкого уровня, по которому производим запись в выходные регистры. Вход Е (вывод 1) служит для приёма сигнала останова. Сигнал высокого уровня, поданный на этот вход, останавливает преобразование.
Схема включения РПП приведена на рисунке 4.8.1.
Рисунок 4.8.1 Схема включения РПП
4.9. Проектирование блока выходных регистров.
Код преобразования АЦП необходимо выдавать на выход лишь после того, как РПП закончит свой цикл преобразования. Код, полученный в результате предыдущего цикла необходимо держать на выходе в течение всего следующего цикла преобразования. Данную функцию выполняют выходные регистры. В их качестве использованы микросхемы DD11, DD12 – КР1533ИР23.
По завершению цикла преобразования РПП, на его выходе QCC выставляется сигнал низкого уровня. По этому сигналу производится запись в регистры DD11 и DD12. Так как запись в регистры производится по положительному перепаду сигнала на входе С, то сигнал с выхода QCC РПП необходимо инвертировать. Выполнение этой функции возложено на микросхему DD10:1.
Схема включения блоков выходных регистров представлена на рисунке 4.9.1
Рисунок 4.9.1. Схема включения блока выходных регистров.
5. Расчет погрешностей схемы.
Погрешности данной схемы можно разделить на аддитивные и мультипликативные.
Рассмотрим в отдельности погрешности каждого узла схемы.
1. Входной буферный каскад.
Мультипликативная составляющая погрешности, представляющая собой погрешность коэффициента усиления, по случаю единичного значения последнего в данной схеме, будет отсутствовать.
Аддитивная составляющая погрешности уничтожается при помощи балансировочных резисторов.
2. Фильтр низких частот.
Мультипликативная погрешность в фильтре низких частот будет также отсутствовать, т.к. каскады фильтров охвачены 100%-й отрицательной обратной связью.
Аддитивная составляющая погрешности устраняется балансировкой резистора R10.
3. Погрешность выпрямителя.
Мультипликативная погрешность ПСЗ устраняется с помощью подстроечного резистора R24, а аддитивная погрешность компенсируется в буферном каскаде.
4. Погрешность УВХ.
К погрешности УВХ следует отнести погрешность коэффициента усиления, которая составляет 0,01% и будет относиться к мультипликативной погрешности. Но её также можно устранить настройкой коэффициента преобразования фильтра, либо ПСЗ.
5. Погрешность ЦАП
 |
а) погрешность квантования δкв
б) дифференциальная нелинейность dDNL=1 МЗР
Данная погрешность имеет случайный характер, поэтому при расчете суммарной погрешности ее учитывать не будем.
в) Погрешность шкалы для данного ЦАП отсутствует.
Погрешность ЦАП составит: δЦАП=δкв=0.05%
Рассчитаем основную погрешность спроектированного устройства. В результате анализа погрешностей выясняется, что достаточно ограничиться учётом погрешностей ЦАП и УВХ, так как остальные погрешности либо устраняются регулировкой, либо пренебрежимо малы.
 |
Аддитивные и мультипликативные погрешности складываются отдельно.
Просуммировав аддитивные и мультипликативные погрешности, получим значение коэффициента c, при X= Xmax (d=0):
c = dadd +dmult = 0,05
Коэффициент d находится следующим образом.
 |
Из этого следует, что требование технического задания по погрешности преобразования выполняется.
Заключение
В результате проведённой работы был разработан аналого-цифровой преобразователь поразрядного уравновешивания с устройством выборки-хранения, автоматическим выбором пределом измерения, автоматической начальной предустановкой в исходное состояние и различными видами запуска (ручной, от внешнего генератора, от внутреннего генератора).
Все требования технического задания были в данном проекте были выполнены.
Список литературы
1. Коломбет Е. А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. – М.: Радио и связь, 1991. – 376 с.: ил.
2. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. – 304 с.: ил.
3. Федорков Б. Г., Телец В. А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. – М: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.: ил.
4. Гитис Э. И., Пискулов Е. А. Аналого-цифровые преобразователи: Учебное пособие для вузов. – М: Энергоатомиздат, 1981. – 360 с.: ил.
5. Шляндин В. М. Цифровые измерительные устройства: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1981. – 335 с.: ил.
6. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1987. – 352 с.: ил.
7. У.Титце, К.Шенк Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер с нем. – М,:Мир 1982. 512 с., ил.
8. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С. Я. Якубовский, Л. И. Ниссельсон, В. И. Кулешова и др.; Под ред. С. Я. Якубовского. – М.: Радио и связь, 1990. – 496 с.: ил.
9. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1991. – 622 с.: ил.
10. Аналоговые измерительные устройства: Учеб. пособие / В. Г. Гусев, А. В. Мулик; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа, 1996. – 147 с.: ил.
11. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Диоды. Транзисторы: Справочник / А. И. Аксёнов, А. В. Нефедов, А. М. Юшин; Под ред. А. И. Аксёнова. – М.: Радио и связь, 1993. – 135 с.: ил.
12. Мальцева М. А. и др. Основы цифровой техники/ Л. А. Мальцева, Э. М. Фромберг, В. С. Ямпольский. – М.: Радио и связь, 1986. – 128 с.: ил.
13. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство стандартов, 1992. – 316 с.: ил.
14. Аксенов А.И. Нефедов А. В. Резисторы, конденсаторы, припои, флюсы: М.: “Солон-Р”, 2000.
Приложение А
Основные параметры используемых в схеме АЦП импортных элементов.
1. OP37-E , Texas Instruments, США
Назначение: малошумящий, высокоскоростной, прецизионный операционный усилитель.
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания, В | ±15 |
| Частота единичного усиления, МГц | 60 |
| Максимальное входное напряжение, В | ±12 |
| Напряжение смещения, мкВ | 0.2 |
| Сопротивление по синфазному сигналу, ГОм | 3 |
| Разность входных токов, нА | 10 |
| Коэффициент усиления по напряжению | 1,8*106 |
| Температурный коэффициент напряжения смещения, мкВ/°С | 0.2 |
| Температурный коэффициент разности входных токов, pA/°С | 80 |
2. SHC804, Burr-Brown США
Назначение: Законченное высокоскоростное устройство выборки-хранения.
| Параметр | Значение |
| Выходное напряжение | ±15 В |
| Время установления | 350 нс |
| Апертурная погрешность | 15 нс |
| Коэффициент усиления | 1 |
| Напряжение питания | ±15 В |
| Ширина полосы пропускания, МГц | 1 |
| Спад напряжения | 0,5 мкВ/мкс |
3. MAX962, MAXIM, США
Назначение: сдвоенный, высокоскоростной компаратор напряжения с диапазоном входных напряжений, превышающим питающие напряжения.
| Параметр | Значение |
| Количество компараторов в одном корпусе | 2 |
| Время задержки | 4,5 нс |
| Выходное напряжение | 0..4,5В |
| Гистерезис | 3,5 мВ |
| Напряжение питания | 5В |
| Уровни цифровых сигналов | ТТЛ |
4. AD568 , Analog Device, США
Назначение: 12-ти разрядный, высокоскоростной цифро-аналоговый преобразователь с токовым выходом.
| Параметр | Значение |
| Время установления до 1 МЗР | 35 нс |
| Максимальный выходной ток | 10,24 мА |
| Нелинейность | ±0,5 МЗР |
| Дифф. Нелинейность | ±1 МЗР |
| Диапазон рабочих температур | -55°С;+ 125°С |
| Уровни цифровых сигналов | ТТЛ |
5. AM2504 , AMD, США
Назначение: 12-ти разрядный регистр последовательных приближений.
| Параметр | Значение |
| Число разрядов | 12 |
| Максимальная тактовая частота | 25 МГц |
| Логические уровни | ТТЛ |