3.6. Аналого-цифровой преобразователь.
Аналого-цифровое преобразование производится по методу последовательных приближений. Схема АЦП реализуется на РПП, ЦАП и компараторе и позволяет получить высокоточный аналого-цифровой преобразователь среднего быстродействия.
Рис.3.7. Принцип действия АЦП поразрядного уравновешивания.
В качестве регистра последовательных приближений DD10 выбираем АМ2504 (аналог К155ИР17). Он работает на частоте до fтакт = 25 МГц .
В качестве ЦАП DA16 используется HI562A-2 (Harris Semiconductor (HS), США). Её параметры [9]:
число двоичных разрядов – 12,
LD = ± 1/4 МЗР,
L < ± 1/4 МЗР.
tУСТ <0,04мкс,
номинальное значение тока, соответствующее конечной точке шкалы для однополярного тока – 5мА,
для двуролярного тока - ± 2,5мА,
наличие ИОН – нет,
Uи.п. = ± 15В,
Рпотр = 345мВт,
рабочий диапазон температур – (-55…+125) ºС,
Uион = (2,5- 10,5)В
совместимость с ИМС – ТТЛ и КМОП,
технология – биполярная,
корпус DIP-24,
при использовании Rос напряжение соответствующее конечной точке шкалы -Uвых = Uref – h.
В качестве компаратора DA18 выбираем микросхему КМ597СА2. Его быстродействие составляет 20нс.
Выходной ток ЦАП поступает на преобразователь ток – напряжение DA17 – ОУ К140УД26А. При использовании в качестве ОС внутренний резистор ЦАПRос, напряжение, соответствующее конечной точке шкалы,Uвых = Uref – h ≈ Uref =4,096В [9]. Это напряжение подаётся наинвертирующий вход компаратора, а на неинвертирующий вход – напряжение с выхода УВХ.
Напряжение шкалы преобразования соответствует уровню опорного напряжения Uоп. РПП посылает на ЦАП старший бит Q11. Компаратор сравнивает напряжения измеряемого сигнала и Uоп/2 и свое решение “1” или ”0” передает на вход D РПП. Если решение “0”, СЗР сбрасывается и на ЦАП выдается следующий разряд. Если после компаратора получена “1”, она остается в регистре. Следующие разряды подаются от РПП на ЦАП по очереди (по старшенству). Поразрядные решения компаратора в виде последовательности “1” и ”0” накапливаются на выходах РПП.
Регистры DD6 и DD7 (буферы) К531ИР23П предназначены для хранения предыдущего выходного двоичного кода в момент нового преобразования.
С12 – предназначен для частотной коррекции ЦАП. Конденсатор С12 типаК10-17-1а - 50В - 100пФ ± 10 %,
Резистор R41 предназначен для внешней балансировки (установка нуля) микросхемы ОУ К140УД26А (стандартная схема включения). Резистор R41 типа СП3-16а- 0,125 -10кОм с допуском ±10% (из ряда Е6).
Схема АЦП представлена на рис.3.8.
Схема АЦП синхронизируется генератором тактовой частоты.
Рис.3.8. Схема АЦП.
3.7. Генератор тактовой частоты.
Генератор тактовой частоты служит для синхронизации схемы и вырабатывания управляющих сигналов для РПП, ЦАП, УВХ и для регистров – защёлок. Выполнен генератор по стандартной схеме автогенератора на логических элементах с кварцевой стабилизацией частоты (рис.3.9).
Рис.3.9. Генератор тактовой частоты.
Схема может синхронизироваться как от внутреннего генератора тактовой частоты, так и от внешнего (переключатель SW1).
Режим преобразования входной аналоговой величины в цифровой двоичный код может быть циклическим либо разовым (переключатель SW2) путем однократного пуска (кнопка SB1).
Дифференцирующая цепочка R40-C11 предназначена для получения времени, необходимого для однократного преобразования. Ее параметры рассчитываются следующим образом:
для спада напряжения на резисторе R40до уровня Uc=2.5 В
t=0.7 *R40*C11. (3.19)
t=24Tтакт.=1мкс,
C11=2000 пФ, отсюда
R40=715 Ом.
С11типа К71-6 - 300В - 2000пФ ± 0,5 %.
R40 типа С2-29В – 0,25 –715Ом ± 0,05%,
Работа генератора тактовой частоты представлена на временных диаграммах.