Магнитные энкодеры

Магнитные энкодеры с высокой точностью регистрируют прохождение магнитных полюсов вращающегося магнитного элемента непосредственно вблизи чувствительного элемента, преобразуя эти данные в соответствующий цифровой код.

Механические и оптические энкодеры с последовательным выходом. Содержат диск из диэлектрика или стекла с нанесёнными выпуклыми, проводящими или непрозрачными участками. Считывание абсолютного угла поворота диска производится линейкой переключателей или контактов в случае механической схемы и линейкой оптронов в случае оптической. Выходные сигналы представляют собой код Грея, позволяющий избавиться от неоднозначности интерпретации сигнала.

33. ЦИУ параллельного типа. АЦП К1107ПВ1. Особенности построения и работы. Источники погрешностей параллельных АЦП. Основные параметры и пути развития.

В параллельных ЦИУ преобразование входного сигнала в код осуществляется за один такт параллельно во времени во всех разрядах - обеспечивает максимальное быстродействие. В общем случае в состав ЦИУ входят несколько включенных параллельно компараторов, резистивная матрица, источник опорного напряжения, регистры и кодирующая логика. На входы каждого компаратора поступает точно известное напряжение, снимаемое с определенного отвода резистивной цепи, и преобразуемый аналоговый сигнал. Значение точных входных напряжений выбирается таким образом, чтобы приращение сигнала, приходящегося на каждый компаратор, соответствовало младшему значащему разряду. АЦП К1107ПВ1 имеет упрощенную структуру:

Тип выходного кода АЦП (прямой двоичный, обратный или дополняющий) задается 2-х разрядным потенциальным кодом на выходах УВК. Выборка производится по положительному фронту (переднему фронту) стробирующего сигнала с задержкой t_ЗАД = 15-20 нс. Это время м/изменятся на 3-4 нс от экземпляра к экземпляру. Случайные изменения t_ЗАД (апертурная неопределенность)20-25 пс. Код-е рез-та стробирования начинается по срезу (заднему фронту) строб-импульса в момент времени t₂ , а запись рез-та кодирования в вых-й регистр произв-ся по фронту следующего строб-импульса в момент времени t₃. Время задержки срабатывания выходного регистра не превышает минимально допустимого периода следования строб-импульсов, что позволяет тем же вторым строб-импульсом производить новое стробирование компараторов. Т.о, полное время работы преобразования t_ПР не превышает двух периодов следования строб-импульсов Т, а макс-я частота дискр-и f_{д. max} опр-ся одним периодом Т. Данные, соответствующие выборке N, появл-ся на выходе лишь в период выборки (N+1) . Это позв-т реализовать наиб-ю f_д.(20 МГц). Если вх-й сигнал превышает опорное напр-е опр-го компаратора, то на его выходе появл-ся лог.1. Для получения цифр-го кода необходимого вида вых-е сигналы компараторов подают на кодирующую логику (дешифратор, устр-во выборки кода), того или иного типа. В таких ЦИУ для n-разрядного преобразования треб-ся (2ⁿ-1) компараторов. При добавлении каждого нового разряда удваивается объем кодирующей логики, объем кот-й из-за увел-я сложности становится соизмеримым с объёмом занимаемым компараторами. Даже при интегральной технологии изг-я трудно обесп-ть разр-сть > 10 (1023 идентичных компаратора). Для быстрод-х //-х АЦП повышенной разр-ти одним из осн-х вопросов явл-ся обесп-е заданной лин-ти хар-ки преобр-я. Осн-ми прич-ми нелин-ти в интегральном АЦП явл-ся:

2. Разброс напр-й эмиттер – база транзисторов дифф-го каскада компараторов (каскадные схемы в сочетании со стробируемым триггером),

3. Разброс токов входных повторителей,

4. Отн-й разброс сопр-й резисторов матрицы опорных напряжений,

5. Параз-е сопр-я, образуемые соединительными проводами и внутренней металлизацией кристалла,

6. Изм-е вх-й емкости С_ВХ при переключении компараторов (до 280 пФ).

Серьезной проблемой для БИС параллельных АЦП является рассеивание потребляемой мощности, т.к. перегрев приводит не только к резкому снижению срока службы, но и к дрейфу практически всех элементов и сбоям в работе АЦП в целом. Параллельные АЦП выполняют дискретизацию и квантование входного сигнала одновременно, что в большинстве случаев позволяет обходится без УВХ. Динамические параметры такого АЦП определяются: t_АП = t_{АП. ЗАДЕРЖКИ} + t_{АП. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ}. Апертурная задержка приводит к возникновению частотных искажений (АЧХ падает с увеличением частоты). Апертурная неопределенность характеризует «дрожание» интервала времени между командой на стробирование и фактическим стробированием сигнала. Она связана с разбросом срабатывания при разных значениях входного сигнала отдельных компараторов, имеющих свои индивидуальные зависимости времени переключения от напряжения перевозбуждения. Обычно t_{АП. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ} невелико и составляет для параллельных АЦП 25-30 пс и, соответственно, много меньше вносимая им погрешность, чем погрешность за счет частотной зависимости коэффициента передачи АЦП (t_{АП. ЗАДЕРЖКИ}). Если же дин-е погрешности интегральных АЦП слишком велики, то на входе на ставить быстродействующие аналоговые УВХ.

Развитие интегр-х //-х АЦП во многом опр-т быстродействие локационной техники и её возможности. Осн-е пути, по которым сейчас ведется разработка «быстрых» интегральных АЦП, следующие:

1. Исп-е полупров-х стр-р с более выс-й подвижностью нос-й зарядов, на основе арсенита галлия (GaAs), фосфита индия InP, 5-6 гр. Табл Менд-ва.

2. Снижение потр-й мощ-ти источников питания, КМОП – технология,

3. Каскад-е «быстрых» АЦП для увел-я разр-ти, но это снижает быстр-е

4. Криоэлектронные АЦП гигагерцового диапазона на основе джозефсоновских переходов,

5. Оптоэлектронные АЦП,

6. Отработка технологии изг-я интегральных АЦП для увеличения процента выхода годных изделий и улучшение осн-х параметров.