3.8 Аналого-цифровой преобразователь

АЦП включает: регистр последовательного приближения (РПП) АМ5024, цифро-аналоговый преобразователь К594ПА1 и компаратор 597СА2. Структурная схема АЦП представлена на рисунке 3.8.1.

Рисунок 3.8.1.

В качестве РПП выбираем интегральную микросхему АМ5024 с максимальной частотой тактирования 25 МГц.

В качестве ЦАП используем микросхему 12-разрядного ЦАП К594ПА1, что продиктовано следующими требованиями:

• малое время преобразования (500 мкс)

• малое значение дифф. нелинейности LD не более 0,012%

• значение напряжения источника опорного напряжения 2,5 5,10 В

В качестве компаратора выбираем микросхему К597СА2 с временем переключения tп = 12 нс.

Работа АЦП происходит по следующему алгоритму:

1. На один из входов компаратора поступает измеряемый сигнал

2. Получив команду “Пуск” на входе S регистр последовательного приближения устанавливает логическую “1” в первом разряде ЦАП.

3. Далее выходной ток ЦАП подается на другой вход компаратора. При этом если Iвх > Iц , то компаратор выдает на вход D1 РПП логическую “1”,

если Iвх < Iц то компаратор выдает на вход D1 РПП логический “0”.

4. Вышеописанный алгоритм повторяется до N-го (12-го разряда).

Вся работа АЦП синхронизируется тактовым генератором. После N тактов сравнения на выходе РПП получаем 12 разрядный код являющийся цифровым эквивалентом входного аналогового сигнала.

3.9 Схема определения знака

Схема определения знака реализовано посредством компаратора, на один из входов которого подается измеряемый сигнал, а на другой подан потенциал “земли”. Схема включения и цоколевка приведены на рисунке 3.9.1.

Рисунок 3.9.1

4. РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ

Потребляемой мощность рассчитывается как сумма мощностей, потребляемых каждой микросхемой. Величина потребляемой мощности для каждой микросхемы, а также их количество приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Компонент	Кол-во	P потр, мВт
140УД26А	6	73
К597СА2	2	35
ADG723	1	7,3
AD783	2	4
AD586	1	15
К594ПА1	1	900
АМ5024	1	28
1533ИР23	2	16
1533ЛИ11	4	4
КР564ИЕ5	1	6

Итого: 1,0083 Вт

5. РАСЧЕТ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ

Быстродействие данного ЦИУ есть величина, обратная времени одного цикла преобразования АЦП с учетом времени преобразования в аналоговой части. Это время определяется следующим образом:

Где

t_здп1 - время задержки входного повторителя (140УД26А)

t_здФ – групповое время задержки ФНЧ

t_здПСЗ – время задержки схемы выделения абсолютного значения

t_д – время дискретизации ( равное 1,4 мкс)

t_здбуф – время записи выходного кода в регистры хранения (равное 12 нс)

Для операционных усилителей время задержки определяется

с ледующим образом:

где f1 – частота единичного усиления

Т аким образом общая задержка преобразования будет равна:

Б ыстродействие схемы пределяется как:

Гц

6. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ЦИУ

Основные погрешности ЦИУ вызваны наличием напряжения смещения и дрейфа нуля операционных усилителей, из которых состоит аналоговая часть схемы.

Для компенсации напряжения смещения ОУ применяют цепи балансировки, а также осуществляют компенсацию на этапе настройки.

Погрешность вносимую наличием дрейфа нуля оценим воспользовавшись формулой:

Т.к. ЦИУ работает в диапазоне температур –10..80С, значит = 90С

Т емпературный коэффициент напряжения смещения ОУ 140УД26 составляет 0,6 мкВ/ С, таким образом:

Рассмотрим наихудший случай, когда градиент температур устройства нулевой и дрейф нуля всех ОУ направлен в одну сторону.

В цепи прохождения измерительного сигнала имеется 6 корпусов ОУ. Суммарная погрешность составит:

Uвх – максимальная значение преобразуемого напряжения.

Мультипликативная погрешность аналоговой части обусловлена изменением коэффициента передачи ПСЗ из-за влияния разброса параметров резисторов.

Самый неблагоприятный вариант когда разброс резисторов направлен в разные стороны. Тогда реальный коэффициент передачи детектора Кд составит:

Рассчитываем погрешность шага квантования ЦАП по формуле:

Где Uref – опорное напряжение (равное 10,24 В)

n-число разрядов ЦАП (равное 12)

Рассчитываем и находим h = 2.5 мВ.

Погрешность обусловленная шагом квантования при Uвх = 10,24 В:

Таким образом аддитивная погрешность устройства составляет h=0.024%, мультипликативная в= 0.1% , дополнительная погрешность от дрейфа напряжения смещения нуля 0=0,012%