1. Особенности выбранной реализации ацп.

Проектируемый АЦП является аналого-цифровым преобразователем поразрядного взвешивания и построен на базе импортного аналога регистра последовательных приближений К155ИР17, который работает на частоте 24МГцАМ2504.

АЦП состоит из входного повторителя, активного фильтра низких частот, схемы автоматического выбора пределов измерения и определения знака, масштабирующего усилителя, двухполупериодного выпрямителя среднего значения, устройства выборки-хранения, регистра последовательных приближений ЦАП, компаратора, тактового генератора.

Входной повторитель необходим для получения требуемого входного сопротивления.

Схема определения знака составлена на компараторе, который переключается при переходе входного сигнала через ноль.

Схема выбора пределов измерения автоматически изменяет коэффициент передачи, т.е. приводит значение входного сигнала к основному пределу измерения равному 4,096В.

Выпрямитель среднего значения собран на двух операционных усилителях и дает на выходе напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна среднему значению выпрямленного входного напряжения.

Устройство выборки хранения постоянное напряжение на входе АЦП в течение времени преобразования.

В данном проекте необходим тактовый генератор 24 МГц.

2. Расчёт общих параметров ацп.

2.1. Расчёт верхней частоты эффективного спектра входного сигнала.

Проведем касательную к спектру сигнала.

А

f,кГц

Рис.1. АЧХ входного сигнала.

f_C1= 160 кГц, f_С2= 200 кГц.

Расчёт верхней частоты эффективного спектра сигнала проводится с учётом того, что для исключения потери информации о сигнале, но, в то же время, для устранения избыточности, необходимо, чтобы проектируемое устройство обеспечивало передачу не менее 95% спектральной мощности входного сигнала. Оценить эту мощность можно по площади, ограниченной графиком и осями координат.

S = S1 + S2. (1.1)

Площадь прямоугольника S1 =160.

Площадь огибающей спектра S2 можно аппроксимировать как площадь прямоугольного треугольника с катетами 1 и (fc2 – fc1), отсюда S2 = (200 – 160) /2 = 20.

S = 160 + 20 = 180.

Графически найдём порядок фильтра и частоту среза: n = 4,fср = 160кГц, fв = 195кГц. Фильтр с такими параметрами передаёт 96% энергетического спектра входного сигнала.

2.2. Расчёт частоты дискретизации.

Найдем значение частоты дискретизации по теореме Котельникова:

fд.к.=2Кзfв, (2.1)

где

Кз – коэффициент запаса для компактного спектра равный 1,25 (по рекомендации консультанта),

fв – верхняя частота сигнала.

fд.к.=2  195кГц  1,25 = 488кГц

Так как при выделении абсолютного значения входного сигнала при двухполупериодном выпрямлении частота сигнала удваивается, то и частота дискретизации должна быть увеличена в 2 раза. Получим fд.к.= 976кГц. После округления fд.к.= 1МГц.

Найдем значение частоты дискретизации по теореме Бернштейна:

(2.2)

fв=1МГц,

Umax = 4,096В -номинальное напряжение основного предела измерения,

Δа- погрешность аппроксимации при восстановлении сигнала по его дискретным значениям.

По рекомендации консультанта берем:

0,01. (2.3)

Подставив в формулу, получим fд.б.= 14,3МГц.

Найдем соотношение частот дискретизации по Бернштейну и по Котельникову:

(2.4)